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光と物質の強力な結合をウォータルー大学の実験で達成

November, 29, 2016, Waterloo--ウォータルー大学の量子コンピューティング研究所(IQC)は、以前の10倍大きな光と物質の相互作用を記録した。フォトンとqubit間の相互作用力は非常に強く、今まで達成できていない物理学とアプリケーションの世界を開く。
 論文の筆頭著者、IQCポスドクフェロー、Pol Forn-Diazは、「われわれは、量子オプティクスの新たな領域で光-物質の相互作用を調べることができる。われわれの回路は、自然の他の興味深い量子系を研究するための量子シミュレータとして潜在的に機能するので、可能性は素晴らしいものである」とコメントしている。
 フォトンとqubits間の超強力な結合は、生物学的過程に関連する新しい物理学の探求につながる可能性がある。また、高温超電導などの新種の材料、相対論的物理学にも関連する。
 実験を行うために研究グループは、ウォータルー大学のQuantum NanoFabでアルミ回路を作成し、それを希釈冷凍機で絶対零度の1%の低温に冷却した。回路はこの温度で超伝導になる、すなわち電流は抵抗なく、エネルギーを失うことなく流れる。超伝導qubitsとして知られるこれらのアルミ回路は、量子力学の法則にしたがい、人工原子のように振る舞うことができる。
 超伝導回路の量子状態をコントロールするために、研究チームは、マイクロ波パルスを使ってフォトンを超伝導回路に送り込み、希釈冷凍機内部のコイルを通じて小さな磁場をかけた。フォトンの伝送を計測することで研究チームは、qubitの共鳴を定義できる、これはqubitからのフォトンの反射によって示されている。通常、qubit共鳴は非常に狭い範囲の周波数に集中する。
 Forn-Diazは、「qubit周波数そのものよりも広い周波数を計測した」と言う。「このことの意味は、qubitとフォトンの間に非常に強い相互作用が存在するということだ。非常に強いので、回路を伝搬するフォトンのほとんどをqubitが見ている、これはオープンシステムにおける超強力結合固有の特徴である」とコメントしている。