首页  科学研究  研究进展

单自旋波量子的相干调控

发布时间:2023-05-15     来源:物理学院     编辑:     浏览次数:507

过去十多年,随着量子调控和精密测量技术的发展,人们在一些宏观物理系统中实现了单量子的相干调控,例如,在共面波导谐振腔中实现了微波单光子的调控,在光力系统和表面声学波系统中实现了单声子的调控。然而,在宏观自旋系统中如何实现单自旋波量子的调控一直是一个具有挑战性的研究课题。 

近日浙江大学物理学院混合量子体系研究组利用自旋波量子与超导量子比特的相干耦合在国际上首次实现单自旋波量子的调控,包括实现单自旋波量子态和单自旋波量子与真空(零自旋波量子)的叠加态。实验装置由特别设计的微波谐振腔、亚铁磁钇铁石榴石(YIG)小球和超导量子比特组成,如图1 (a)所示。其中YIG小球中的自旋波量子和超导量子比特分别与谐振腔中的微波光子实现了强耦合,并通过交换微波虚光子实现自旋波量子与超导量子比特之间较强的相干耦合。由于自旋波量子相干性和超导量子比特调频的限制,国际上的前期研究仅限于在色散耦合区对自旋波量子进行探测,而无法实现对单个自旋波量子的相干调控。研究组通过利用Autler-Townes效应实现对超导量子比特的调频,如图1 (b)所示,进而实现超导量子比特与单自旋波量子的相干共振耦合。在此基础上,制备了单自旋波量子态以及单自旋波量子与真空(零自旋波量子)的叠加态,并使用量子态层析技术获得刻画单自旋波量子状态的密度矩阵,如图1(c)所示。该实验是磁学领域中首次实现单自旋波量子的相干调控,将为量子极限下自旋波的研究开辟新方向。