量子物理学：機械振動子の単一フォノンと単一光子の非古典相関

単一光子と別の量子系のインターフェースは、最新の量子情報科学において重要な機能の1つである。こうしたインターフェースにより、原子のスピン状態、原子集団、固体といった物質の量子状態を、光子計数によって準備し操作すること、とりわけ長距離にわたる分配が可能になる。こうした光–物質インターフェースは、量子物理学の基礎的な検証や量子ネットワークの実現に重要になってきている。本論文では、ナノ機械共振器からの単一フォノン（機械運動の量子）と単一光子の非古典相関を報告する。我々は機械共振器の運動を量子基底状態へ初期化した後、相関する光子–フォノン対を生成し読み出す、完全な量子プロトコルを実行した。コーシー–シュワルツ不等式の破れの観測は、生成された機械状態の非古典性を示す明瞭な証拠となる。今回の結果から、光–物質量子インターフェースとしてオンチップの固体機械共振器が利用可能であると実証された。我々が達成した性能によって、巨視的な量子現象の研究や、量子メモリーや量子変換器といった量子通信への応用研究が可能になるであろう。

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