論文の概要: Coherently Coupled Mechanical Oscillators in the Quantum Regime

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.14841v2
• Date: Sun, 19 Jun 2022 17:57:18 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-11 06:48:11.984784
• Title: Coherently Coupled Mechanical Oscillators in the Quantum Regime
• Title（参考訳）: 量子状態におけるコヒーレント結合機械振動子
• Authors: Pan-Yu Hou, Jenny J. Wu, Stephen D. Erickson, Daniel C. Cole, Giorgio Zarantonello, Adam D. Brandt, Andrew C. Wilson, Daniel H. Slichter, and Dietrich Leibfried
• Abstract要約: 調和振動子間の単一運動量子のコヒーレント交換を示す。 我々は,高忠実な量子状態伝達,運動モードの絡み合い,香港-奥羽-マンデル型干渉を実演する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Coupled harmonic oscillators are ubiquitous in physics and play a prominent role in quantum science. They are a cornerstone of quantum mechanics and quantum field theory, where second quantization relies on harmonic oscillator operators to create and annihilate particles. Descriptions of quantum tunneling, beamsplitters, coupled potential wells, "hopping terms", decoherence and many other phenomena rely on coupled harmonic oscillators. Despite their prominence, only a few experimental systems have demonstrated direct coupling between separate harmonic oscillators; these demonstrations lacked the capability for high-fidelity quantum control. Here, we realize coherent exchange of single motional quanta between harmonic oscillators -- in this case, spectrally separated harmonic modes of motion of a trapped ion crystal where the timing, strength, and phase of the coupling are controlled through the application of an oscillating electric field with suitable spatial variation. We demonstrate high-fidelity quantum state transfer, entanglement of motional modes, and Hong-Ou-Mandel-type interference. We also project a harmonic oscillator into its ground state by measurement and preserve that state during repetitions of the projective measurement, an important prerequisite for non-destructive syndrome measurement in continuous-variable quantum error correction. Controllable coupling between harmonic oscillators has potential applications in quantum information processing with continuous variables, quantum simulation, and precision measurements. It can also enable cooling and quantum logic spectroscopy involving motional modes of trapped ions that are not directly accessible.
• Abstract（参考訳）: 結合調和振動子は物理学においてユビキタスであり、量子科学において顕著な役割を果たす。 量子力学と量子場理論の基礎であり、第二量子化は粒子の生成と消滅に調和振動子演算子に依存する。 量子トンネル、ビームスプリッター、結合ポテンシャル井戸、"ホッピング用語"、デコヒーレンスなどの多くの現象は結合調和振動子に依存している。 その優位性にもかかわらず、別々の高調波発振器間の直接結合を示す実験システムはほとんどなく、これらの実証は高忠実度量子制御の能力に欠けていた。 ここでは、調和振動子間の単一運動量子のコヒーレントな交換を実現し、この場合、適切な空間変動を持つ振動電場の適用により、結合のタイミング、強度、位相が制御される捕捉されたイオン結晶の運動のスペクトル分離された調和モードを実現する。 高忠実な量子状態移動、運動モードの絡み合い、ホン・ウー・マンデル型干渉を示す。 また,連続変数の量子誤差補正における非破壊的シンドローム測定の重要な前提条件である射影的測定を繰り返して,高調波振動子を基底状態に投影し,その状態を保存する。 調和振動子間の制御可能な結合は、連続変数を持つ量子情報処理、量子シミュレーション、精度測定に潜在的に応用できる。 また、直接アクセスできない捕捉イオンの運動モードを含む冷却および量子論理分光法を可能にすることもできる。

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