囚禁离子机械振子的相干耦合与非破坏性测量

对若干谐振子（如腔中电磁场模式或机械运动模式）的精确量子控制与测量，是其用作量子平台的关键。囚禁离子的运动模式可被单独控制并具有良好的相干特性。然而，实现高保真双模操作与运动态的非破坏性测量一直具有挑战性。在此我们演示了囚禁离子晶体中谱分离谐波运动模式之间的单运动量子相干交换。耦合的时序、强度与相位通过具有合适空间变化的振荡电势控制。远大于退相干率的耦合速率使得高保真量子态转移与分束器操作、运动模式纠缠以及 Hong-Ou-Mandel 型干涉得以展示。此外，我们利用运动耦合实现对囚禁离子运动态的重复非破坏性投影测量。我们的工作增强了囚禁离子运动对连续变量量子计算与误差校正的适用性，并可能为提升运动冷却与运动介导纠缠相互作用的性能提供机会。