量子音響現象の研究進展 (Tuning Into Quantum Sounds)

2026-05-22 カリフォルニア工科大学(Caltech)

米カリフォルニア工科大学(Caltech)の研究チームは、量子状態と音波(フォノン)を高精度に結合・制御する新技術を開発した。研究では、超伝導量子回路と微小機械共振器を組み合わせ、量子的な「音」を利用して情報を操作・伝送する仕組みを実証した。通常、量子コンピュータは光子や電子を用いて量子情報を扱うが、音波は速度が遅く局所制御しやすいため、高密度な量子メモリや量子ネットワークへの応用が期待されている。研究チームは、量子音響デバイス内で単一フォノンレベルの振動を精密観測し、量子コヒーレンスを維持したまま制御することに成功した。成果は、量子情報処理や超高感度センシング、新型量子通信技術開発に重要な知見を与える。また、光ではなく「音」を用いる新しい量子工学分野「量子音響学(quantum acoustics)」の発展を加速する可能性がある。

<関連情報>

ナノメカニカルシステムにおける固有のフォノン被覆状態 Intrinsic phononic dressed states in a nanomechanical system

M. Yuksel,M. P. Maksymowych,O. A. Hitchcock,F. M. Mayor,N. R. Lee,M. I. Dykman,A. H. Safavi-Naeini & M. L. Roukes
Nature Physics  Published:14 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41567-026-03225-3

extended data figure 1

Abstract

Nanoelectromechanical systems provide a platform for probing the quantum nature of mechanical motion in mesoscopic systems. Quantum effects are most pronounced when device vibrations are nonlinear, but it has been difficult to achieve vibrational nonlinearity at the single-phonon level. Here we report the observation of intrinsic mesoscopic vibrational states that are dressed by the interactions with a nonlinear quantum system. The nonlinearity results from the strong resonant coupling between an eigenmode of a nanoelectromechanical system resonator and a single, two-level system that is intrinsic to the device material. We control the two-level system in situ by varying the mechanical strain in the device, tuning it in and out of resonance with the nanoelectromechanical system mode. Varying the resonant drive or temperature allows a controlled ascent of the non-equidistant energy ladder of the hybridized system. Fluctuations of the two-level system on and off resonance with the mode induce switching between the dressed and bare states. These quantum effects directly emerge from the intrinsic material properties of mechanical systems without the need for complex, external quantum circuits. Our work offers insight into mesoscopic dynamics and provides the opportunity to harness nanomechanics for quantum measurements.

0403電子応用
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