微小球光キャビティとナノワイヤ振動子による巨視的フォノン量子もつれ状態の生成

本研究は、従来必要とされていたresolved sideband条件や振動子への電気/光配線が不要な新しい量子もつれ生成手法を提案・実証することを目的としている。アプローチとしては、ガラス線の微細加工により作製されるWhispering-Gallery型の光キャビティと、２つの半導体ナノワイヤ振動子の近接場結合系を用いる。当該系における光機械結合の大きさは光キャビティとナノワイヤ振動子間の近接間隔に依存するため、振動子とキャビティの間隔を自在に制御できる系の構築が必要であり、報告者らは真空チェンバ内でこれを可能とする系の構築を2021年度中に完了している。2022年度は、量子極限を超えたナノワイヤ振動子の変位検出感度の獲得に必要となる10の7乗を上回る高いQ値を有する球状光キャビティの作製と、引張り応力の付加により共鳴波長をチューニングすることのできる連結ボトル光キャビティの作製に成功した。また、この光キャビティを用いた高感度な液体プローブ手法を新たに提案・実証した（Science Adv.誌掲載）。更に、キャビティの微細化により質量検出感度を4桁向上させ、フェムトグラム以下の質量分解能を実現した（Appl. Phys. Exp.誌掲載）。次年度は、光キャビティを用いた室温環境における２つのナノワイヤ振動子の近接場結合と、近接間隔の変調制御による古典的スクイーズド状態の生成を図る。また、希釈冷凍機を用いた極低温測 定環境を構築し、ナノワイヤの振動モードを占有する平均熱励起フォノン数を単数以下に下げる取り組みを行う。上記により、２つのナノワイヤ振動子の非古典領域でのエンタングルメントと巨視的量子フォノン系の実現をめざす。

本研究は、従来必要とされていたresolved sideband条件や振動子への電気/光配線が不要な新しい量子もつれ生成手法を提案・実証することを目的としている。アプローチとしては、ガラス線の微細加工により作製されるWhispering-Gallery型の光キャビティと、２つの半導体ナノワイヤ振動子の近接場結合系を用いる。当該系における光機械結合の大きさは光キャビティとナノワイヤ振動子間の近接間隔に依存するため、振動子とキャビティの間隔を自在に制御できる系の構築が必要であり、報告者らは真空チェンバ内でこれを可能とする系の構築を2021年度中に完了している。2022年度は、量子極限を超えたナノワイヤ振動子の変位検出感度の獲得に必要となる10の7乗を上回る高いQ値を有する球状光キャビティの作製と、引張り応力の付加により共鳴波長をチューニングすることのできる連結ボトル光キャビティの作製に成功した。また、この光キャビティを用いた高感度な液体プローブ手法を新たに提案・実証した（Science Adv.誌掲載）。更に、キャビティの微細化により質量検出感度を4桁向上させ、フェムトグラム以下の質量分解能を実現した（Appl. Phys. Exp.誌掲載）。次年度は、光キャビティを用いた室温環境における２つのナノワイヤ振動子の近接場結合と、近接間隔の変調制御による古典的スクイーズド状態の生成を図る。また、希釈冷凍機を用いた極低温測 定環境を構築し、ナノワイヤの振動モードを占有する平均熱励起フォノン数を単数以下に下げる取り組みを行う。上記により、２つのナノワイヤ振動子の非古典領域でのエンタングルメントと巨視的量子フォノン系の実現をめざす。