論文の概要: Probing the quantum motion of a macroscopic mechanical oscillator with a radio-frequency superconducting qubit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.21481v1
- Date: Tue, 27 May 2025 17:52:22 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-28 17:05:58.845464
- Title: Probing the quantum motion of a macroscopic mechanical oscillator with a radio-frequency superconducting qubit
- Title（参考訳）: 高周波超伝導量子ビットを用いたマクロメカニカル発振器の量子運動の探索
- Authors: Kyrylo Gerashchenko, Remi Rousseau, Léo Balembois, Himanshu Patange, Paul Manset, W. Clarke Smith, Zaki Leghtas, Emmanuel Flurin, Thibaut Jacqmin, Samuel Deléglise,
- Abstract要約: 4MHzの懸濁窒化ケイ素膜と共振超伝導重フッソニウム量子ビットとの繰り返し,高忠実な相互作用を実演した。
量子ビットの有効温度は27$mathrmmu$Kで、シングルショットで77%の忠実さで読み取る。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.020255670159345252
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Long-lived mechanical resonators like drums oscillating at MHz frequencies and operating in the quantum regime offer a powerful platform for quantum technologies and tests of fundamental physics. Yet, quantum control of such systems remains challenging, particularly owing to their low energy scale and the difficulty of achieving efficient coupling to other well-controlled quantum devices. Here, we demonstrate repeated, and high-fidelity interactions between a 4 MHz suspended silicon nitride membrane and a resonant superconducting heavy-fluxonium qubit. The qubit is initialized at an effective temperature of 27~$\mathrm{\mu}$K and read out in a single-shot with 77% fidelity. During the membrane's 6~ms lifetime, the two systems swap excitations more than 300 times. After each interaction, a state-selective detection is performed, implementing a stroboscopic series of weak measurements that provide information about the mechanical state. The accumulated records reconstruct the membrane's position noise-spectrum, revealing both its thermal occupation $n_\mathrm{th}\approx47$ at 10~mK and the qubit-induced back-action. By preparing the qubit either in its ground or excited state before each interaction, we observe an imbalance between the emission and absorption spectra, proportional to $n_\mathrm{th}$ and $n_\mathrm{th}+1$, respectively-a hallmark of the non-commutation of phonon creation and annihilation operators. Since the predicted Di\'osi-Penrose gravitational collapse time is comparable to the measured mechanical decoherence time, our architecture enters a regime where gravity-induced decoherence could be tested directly.
- Abstract（参考訳）: MHz周波数で振動するドラムのような長寿命の機械共振器や量子状態下での動作は、量子技術と基礎物理学のテストのための強力なプラットフォームを提供する。
しかし、これらのシステムの量子制御は、特にその低エネルギースケールと、他のよく制御された量子デバイスとの効率的な結合を達成することの難しさにより、依然として困難である。
ここでは, 4MHzの懸濁窒化ケイ素膜と, 共振超伝導重フルクソニウム量子ビットとの繰り返し, 高忠実な相互作用を示す。
量子ビットは有効温度27~$\mathrm{\mu}$Kで初期化され、77%の忠実度を持つ単一ショットで読み出される。
膜が6~msの期間に、2つの系は300回以上の励起を交換する。
それぞれの相互作用の後、状態選択検出が行われ、機械的状態に関する情報を提供する弱い測定のストロボスコープシリーズが実装される。
蓄積された記録は膜の位置ノイズスペクトルを再構成し、10~mKでの熱的占有$n_\mathrm{th}\approx47$とクォービット誘起のバックアクションの両方を明らかにした。
各相互作用の前に、クォービットを基底または励起状態に準備することにより、それぞれ$n_\mathrm{th}$と$n_\mathrm{th}+1$に比例した放射スペクトルと吸収スペクトルの不均衡を観察する。
予測されたDi\'osi-Penrose重力崩壊時間は測定された機械的デコヒーレンス時間に匹敵するので、我々のアーキテクチャは重力によって引き起こされるデコヒーレンスを直接検査できる状態に入る。
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