人工原子中發現有光子糾纏的穩定分子狀態 2016/10/14 00:00 此次測量中使用的超導電路 （a）等價電路。X或x表示約瑟夫森結，藍色和黑色為LC電路，紅色和黑色為超導人工原 子電路。（b）嵌入量子LC電路的超導人工原子（紅框內）。白色部分為鋁基板，灰色部 分為矽基板。（c）超導人工原子電路（b圖紅框內部分的放大圖）（摘自NICT的發佈資料 ，下同） （點擊放大） 新型深強結合狀態的分光測量結果 橫軸表示人工原子的偏壓能量，縱軸表示輸入微波頻率。只有試料中存在由光子和人工原 子組成的穩定分子狀態，才能解釋零偏壓附近的異常透射光譜。 （點擊放大） 以前的超導人工原子-微波光子系統研究成果 超導人工原子與光子的結合強度在最近12年裏提高了100倍以上，此次首次達到深強結合 （g/ωo>1）範圍，為新基態的實質性發現做出了貢獻。 （點擊放大） 【日經BP社報導】日本資訊通信研究機構（NICT）2016年10月11日宣佈，與NTT、卡達環 境能源研究所（QEERI）共同發現了超導人工原子中存在的新型最低能態（基態），類似 有光子糾纏的分子狀態。由於可以提供在比原來大得多的能量範圍內對物質與光的相互作 用進行控制的方法，因此有望為查明量子相變的物理原理，以及將其應用於使用薛定鍔貓 狀態等非傳統光狀態的量子技術開闢道路，併為量子通信、量子模擬與計算、新一代超高 精度原子錶的開發等量子技術領域的研究做出貢獻。 早在約40年前，也就是1970年代就有人預言，如果原子與光的相互作用極強，就會存在性 質上全新的最低能態（基態）。後來還出現了關於「如果在現實條件下準備好這種情況， 能否實現該預言」的爭論。此次共同研究者——QEERI的S.Ashhab博士等人幾年前曾對採 用超導電路形成這種新狀態所需的條件進行過理論方面的探討。 此次的實驗使用了與採用微細加工技術製作的原子具有同等量子性質的超導人工原子，以 及封閉在超導電路中的光子。為了讓具有大零點噪音電流的LC共振電路與超導永久電流量 子位元共用較大的約瑟夫森電感，並非常強有力地結合在一起，研究人員對電路進行了精 心設計。並對該電路進行了分光實驗，通過對獲得的光譜進行分析，發現了曾被預言的新 狀態。 電路中的人工原子的全部能量是光自身帶有的能量、原子自身的能量、光與原子的相互作 用能量的總和。此次運用宏觀量子系統的優點，成功使光與原子的相互作用能量增大到了 高於光自身的能量及原子自身能量的水準（實現「深強結合」）。在「深強結合狀態」下 ，在光和原子系統中出現了新的對稱性，並在量子遷移中發現了選擇法則，同時還觀測到 了一些顯示出來的性質，比如在包括基態在內的所有狀態下，實現了光與原子的量子糾纏 。 該研究小組今後將繼續推進相關研究，以查明多個超導人工原子與光子能否觀測到同樣的 狀態。另外，為了應用於量子通信節點技術，提高包括基態在內的多體系量子狀態控制技 術，將針對該分子狀態的人為操作、光子吸收與發光過程的動態特性，以及利用這種狀態 生成新糾纏的方法等展開研究。 此次的研究由NICT負責實驗和分析，NTT負責製作試料，QEERI負責理論說明。研究成果已 于2016年10月11日發表在《自然物理》（Nature Physics）電子版上。（特約撰稿人：工 藤 宗介） -- ㊣ 以上說法純屬虛構 如有雷同純屬巧合 ㊣ --

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