由于单光子 Kerr 效应导致的量子态坍缩与复兴的观测

光子是量子信息的理想载体，因为它们具有长相干时间且可以长距离传输。这些性质是它们在近乎线性介质中弱相互作用的结果。然而，要产生和操纵光的非经典态，需要在单光子水平上具有强的非线性相互作用。产生合适相互作用的一种方法是将光子耦合到原子，如在腔 QED 系统的强耦合机制中。然而，在这些系统中，人们只能通过操纵原子来间接控制光的量子态。直接的光子 - 光子相互作用发生在所谓的 Kerr 介质中，这通常以显著的损耗为代价仅诱导弱非线性。迄今为止，尚未可能达到单光子 Kerr 机制，即单个光子之间的相互作用强度超过损耗率。在此，利用 3D 电路 QED 架构，我们设计了一种进入该机制的人工 Kerr 介质，并允许观测新的量子效应。我们实现了 Yurke 和 Stoler 提出的思想实验，其中可以观测到相干态的坍缩与复兴。这种时间演化是腔内光场量子化和单个光子之间非线性相互作用的结果。在此演化过程中，形成了相干态的非经典叠加，即多分量 Schrödinger 猫态。我们通过测量 Husimi Q 函数可视化了这一演化，并通过 Wigner 层析成像确认了这些瞬态的非经典性质。单光子 Kerr 效应可用于光子的 QND 测量、单光子产生、自主量子反馈方案和量子逻辑操作。