量子物理学：エンタングルした機械共振器の量子状態生成とトモグラフィー

精密に設計された機械振動子は、時を刻み、信号をフィルタリングし、動きを感知するものであり、今日の技術的状況には欠くことのできない部分になっている。こうした独特な能力は、設計された量子回路との接続によって、機械式デバイスを量子領域に至らせる動機付けとなっている。マイクロ波周波数の機械共振器と超伝導デバイスを組み合わせるという提案では、強力な量子音響プロセッサーが実現できる可能性が示唆されている。その一方で、いくつかの機械系の実験では、量子状態の制御と読み出し、フォノン数分解、フォノン媒介キュービット–キュービット相互作用が実証されている。現在のところ、こうした音響プラットフォームには、単一キュービットを用いた複数の機械振動子の量子状態の制御や、誤り訂正に必要な機械状態の高速量子非破壊測定の制御が可能なプロセッサーは存在しない。今回我々は、超伝導キュービットを用いて、一対のナノ機械振動子の量子状態の制御と読み出しを行った。今回のデバイスは、高速のキュービット–機械スワップ操作が可能であり、我々はこれを用いて、機械状態を決定論的に操作した。また、キュービットを両方の機械共振器と同時に強分散領域に置くことで、共振器のフォノン数分布をラムゼー測定によって決定した。さらに我々は、生成された非古典的な機械状態とエンタングルした機械状態の量子トモグラフィーを提示する。今回の結果は、量子音響プロセッサーのフィードバックベースの動作への具体的な一歩である。

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