共振器で強化された単一原子と相互作用する光ファイバー誘導光子の非線形π位相シフト

個々の光子間の強い相互作用を実現することは、量子科学技術の重要な研究目標である。これには、光子数に非線形に依存して光が位相シフトする光学媒質が必要である。2光子の位相シフトがπに達すると、非常に強い非線形性によって、高忠実度量子論理演算を実現できる可能性がある。しかし、標準的な光学媒質の非線形応答は、これに比べて何桁も弱い。今回我々は、理想的な値であるπに近い2光子位相シフトを実現する、光ファイバーによる非線形性を実証する。我々は、光ナノファイバーで接続されたウィスパリングギャラリーモード共振器を使った。この共振器では、共振器モードの中に単一ルビジウム原子があるため、強い非線形応答がもたらされる。我々は、これが、初めは相関のない入射光子に量子もつれを生じさせることを示す。今回の光ファイバーを用いた非常に強い非線形性の実証は、光子によるスケーラブルな量子論理演算への決定的な一歩になる。