Étudier la cohérence des phonons avec un capteur quantique

Résumé Les oscillateurs nanomécaniques offrent de nombreux avantages pour les technologies quantiques. Leur intégration avec des qubits supraconducteurs montre des promesses pour des protocoles de correction d'erreur quantique efficaces en matériel impliquant des superpositions d'états cohérents mécaniques. Les limitations de cette approche incluent les processus de décohérence mécanique, en particulier les défauts de systèmes à deux niveaux (TLS), qui ont été largement étudiés à l'aide de champs et détecteurs classiques. Dans ce manuscrit, nous utilisons un qubit supraconducteur comme capteur quantique pour effectuer des mesures résolues en nombre de phonons sur une cavité de cristal phononique couplée piézoélectriquement. Cela permet une étude à haute résolution de la dissipation mécanique et du déphasing dans des états cohérents de taille variable (n 1-10 n ¯ ≃ 1 − 10 phonons). Nous observons une relaxation non exponentielle et une réduction du taux de déphasing dépendante de la taille de l'état, que nous attribuons aux TLS. En utilisant un modèle numérique, nous reproduisons les signatures de dissipation (et dans une moindre mesure, les signatures de déphasing) par émission dans un petit ensemble (N = 5) de TLS se déphasant rapidement. Nos résultats comprennent un examen détaillé de la décohérence des phonons induite par les TLS dans le régime quantique.