近年来，量子磁振子学（quantum magnonics）凭借其独特的固态量子平台优势成为新的研究热点。特别是以毫米级钇铁石榴石（YIG）小球为代表的亚铁磁绝缘体，因其基泰尔模式极低的基尔伯特阻尼系数和长相干时间，为宏观自旋系统的量子操控提供了理想载体。然而，要在YIG小球中直接制备基泰尔模式的量子压缩态面临根本性的困难。这是因为该模式缺乏足够强的本征非线性，难以自发产生强的量子压缩效应。

近日，浙江大学物理学院混合量子系统研究团队利用磁振子与超导量子比特的色散耦合，实现强的磁振子克尔非线性，并首次在实验上制备磁振子的量子压缩态。观测到的最大压缩度约1.0 dB，且磁振子平均布局数小于1。该结果为量子非线性磁振子学奠定了实验基础，在量子精密测量领域具有潜在的应用前景。

图1. 实验平台与磁振子-超导量子比特调控方案

如图1a所示，研究团队将1毫米直径的YIG小球和超导量子比特同时嵌入三维微波腔中，使其分别通过磁偶极和电偶极相互作用与微波腔的TE₁₀₂模式强耦合，并以微波腔光子为媒介，实现磁振子和超导量子比特的强耦合（图1c），协同率达1.0×10⁴。利用Autler-Townes效应（图1b），实现量子比特的调频，并使系统工作在色散区域。超导量子比特与磁振子的强色散耦合诱导出大小和磁振子线宽可比拟的磁振子克尔非线性，成为实现磁振子量子压缩态制备的关键。通过施加共振驱动来产生克尔演化（图1d），磁振子最终演化为压缩态。为了验证磁振子压缩态的确定性产生，研究团队利用磁振子辅助的拉曼过程（图1e），完成维格纳态层析，结果如图2所示。

   实验结果表明，克尔演化过程中磁振子态正交分量的最小方差为真空态的0.8倍，对应于约1.0 dB的压缩度。同时，演化过程中磁振子平均布局数始终小于1，证明压缩效应发生在量子极限下。除此以外，研究团队还研究了磁振子压缩态的退相干动力学。通过维持克尔非线性，成功将脆弱的磁振子压缩态保持约400纳秒，远超磁振子145纳秒的本征寿命。这对磁振子压缩态在量子精密测量中的应用具有重要意义。

图2. 维格纳态层析实验和数值模拟结果

相关成果以“Magnon squeezing in the quantum regime”为题发表在Nature Communications期刊上。浙江大学物理学院博士生翁远超、特聘研究员徐达和北京量子信息研究院助理研究员陈臻为论文的共同第一作者，浙江大学物理学院徐达特聘研究员、北京量子信息研究院于海峰资深研究员和浙江大学物理学院游建强教授为论文的通讯作者。其他作者包括浙江大学物理学院博士生谭礼舟、博士后顾旭科、李杰研究员、朱诗尧院士以及美国纽约州立大学布法罗分校Xuedong Hu教授和日本理化学研究所Franco Nori教授。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江省“尖兵”“领雁”研发计划以及北京市自然科学基金等的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-69312-4