光物理学：対称性によって保護された、強く相互作用する光子間の衝突

強く相互作用する系においてロバストな量子現象を実現することは、現代物理科学の中心的課題の1つである。トポロジカル保護から量子誤り訂正までさまざまな方法が、凝縮物質系の電子、捕捉された原子や光子などの多種多様な実験プラットフォームで現在調べられている。従来の光学媒質では、一般的に光子–光子相互作用を無視できるが、最近、いくつかの系において個々の光子間の強い相互作用が作り出された。今回我々は、極低温原子ガスにおける光とリュードベリ励起のコヒーレント結合を用いて、π/2位相シフトを伴う制御されたコヒーレントな2光子間交換衝突を実証する。この効果は、正確な実験パラメーターではなく相互作用対称性によって位相シフトの値が決まるという点と、光子吸収が最小となる条件下で起こるという点でロバストである。0.48(3)πという位相シフトの測定値は、理論モデルと極めてよく一致している。今回の観測結果は、ロバストな単一光子スイッチや全光量子論理ゲートの実現、そして強く相互作用する光子を伴う新規量子多体現象の探索への道を開くものである。

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