量子液体を揺さぶる：量子液体を揺さぶる

ナノ機械共振器は、メゾスコピック系の光子、電荷、スピンを調べる感度の高いツールであり、量子限界でも古典限界でも作動できる。今回Fongたちは、超流動⁴He中に入れた、それ自体がメゾスコピックな量子物体であるナノ光機械共振器を分光し、量子測定に適合する低励起領域における結合を明らかにしている。

著者たちは、高品質のマイクロディスク共振器を使い、それを⁴He中に沈めた。そして、常流動体から超流動体への⁴Heの相転移を通して冷却される際に、温度の関数としてQ値と共振周波数を記録した。その結果、共振器と超流動体のフォノン結合が結合系のダイナミクスを支配しており、粘性減衰が支配的であることが多い古典的流体との結合とは異なっていることが分かった。以前の研究で、ナノ機械共振器やマイクロ機械共振器と超流動Heの結合がすでに調べられていたが、こうした実験は異なる領域で行われていた。Fongたちが今回調べた高MHz周波数領域では、共振器は92％を超える交換効率で振動周期当たり0.25フォノンしか変換していない。この低励起レベルは、そうしたデバイスにおける量子演算の主要な要求を満たしており、量子領域や超流動コヒーレンレンス長より短い長さスケールでの超流動体の操作が、将来可能になると思われる。