量子物理学：表面音響波フォノンの量子制御

量子物理学の特徴の1つは非古典的な量子状態や重ね合わせの生成であり、イオン、固体量子ビット（キュービット）、光子など、いくつかの量子系で実証されている。しかし、機械系では、量子センシング、量子コンピューテーション、量子通信への応用など、そうした可能性が科学的に魅力的で技術的に有用であるにもかかわらず、非古典的状態は間接的にしか実証されていない。これは、機械系の大半の応答が高度に線形であること（これによって量子操作が難しくなる）や、機械系では特質的に周波数が低いこと（これによって量子基底状態の利用が妨げられる）などに起因する。本論文では、巨視的スケールの機械共振器の機械的状態の完全な量子制御を実証する。我々は、キュービットを使って機械共振器の量子状態を制御し測定することで、表面音響波共振器と超伝導キュービットを強く結合させた。そして、0フォノンと1フォノンのフォック状態の非古典的な重ね合わせを生成し、ウィグナー・トモグラフィーを使ってこの状態と他の状態をマッピングした。このような正確でプログラム可能な量子制御は、全く異なる量子系の結合など、量子極限における表面音響波のさまざまな応用に不可欠である。

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