利用射频超导量子比特探测宏观机械振荡器的量子运动
像鼓一样以兆赫频率振荡并在量子态下运行的长寿命机械谐振器,为量子技术和基础物理测试提供了强大平台。然而,这类系统的量子控制仍存在挑战,主要因其能量尺度低且难以与其他可控量子器件实现高效耦合。该研究团队展示了一个4兆赫悬浮氮化硅薄膜与谐振超导重通量量子比特之间重复的高保真相互作用。量子比特在27微克的有效温度下初始化,并以77%的保真度实现单次读出。在薄膜6毫秒的寿命周期内,两个系统实现了超过300次的激发态交换。每次相互作用后,通过态选择性检测执行弱测量序列,从而获取机械状态信息。累计数据重建出薄膜的位置噪声谱,既揭示了10毫克温度下其热占据数nth≈47,也量化了量子比特诱导的反作用效应。通过预置量子比特基态或激发态,研究人员观察到与nth和nth+1成正比的发射/吸收谱不对称性——这正是声子产生湮灭算符非对易性的特征标志。由于预测的Diósi–Penrose引力坍缩时间与实测机械退相干时间相当,该架构已具备直接检验引力致退相干效应的实验条件。
