Letter
量子物理学：単一原子によるナノフォトニック量子位相スイッチ
Nature 508, 7495 doi: 10.1038/nature13188
量子光スイッチは、古典電子回路のトランジスターと類似していることで、量子回路や量子ネットワークの重要な部品となる。光あるいは物質の単一量子が別の場あるいは物質系を制御するという基本的限界で動作するため、そのようなスイッチによって、長距離量子通信、分散量子情報処理や計測学、物質の新しい量子状態の探索などの応用が可能となる。本論文では、光子を、ナノスケールのフォトニック結晶共振器の近接場中にトラップされた単一原子と強く結合させて、単一原子が光子の位相を切り替え、また単一光子が原子の位相を変化させる系を実現している。我々は、2光子レベルでは非線形な原子誘起光位相シフト、個々の光子と光子対を異なる出力モードへと分離する光子数ルーター、単一の「ゲート」光子がそれに続くプローブ場の伝搬を制御する単一光子スイッチを実験的に実証している。こうした手法によって、導波光によって連結された多数の原子ノードを含む、集積化された量子ナノフォトニックネットワークへの道が開かれる。
