单个微波光子在两种不同“颜色”态上的量子叠加

以完全可控的方式相干耦合任意谐振子是处理量子信息的重要工具。此前已在多种物理系统中通过使用二能级系统作为中介元素演示了量子谐振子之间的耦合。量子层面上的直接相互作用直到最近才通过囚禁离子之间的共振耦合得以实现。在此，我们利用参量频率转换实现了超导谐振器微波谐波之间的可调谐直接耦合。我们通过超导量子干涉器件（SQUID）耦合两个谐波的模式电流，并以谐波频率之差（约7 GHz）调制其磁通来实现这一点。我们确定性地制备了单光子Fock态，并在多个模式之间相干操控它，有效地控制其处于两种不同“颜色”的叠加态。这种参量相互作用可以描述为一种耦合不同频率模式的分束器式操作。因此，它可用于在芯片上实现线性光学量子计算协议。