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Extreme quantum nonlinearity in superfluid thin-film surface waves

机译：超氟薄膜表面波中的极端量子非线性

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We show that highly confined superfluid films are extremely nonlinear mechanical resonators, offering the prospect to realize a mechanical qubit. Specifically, we consider third-sound surface waves, with nonlinearities introduced by the van der Waals interaction with the substrate. Confining these waves to a disk, we derive analytic expressions for the cubic and quartic nonlinearities and determine the resonance frequency shifts they introduce. We predict single-phonon shifts that are three orders of magnitude larger than in current state-of-the-art nonlinear resonators. Combined with the exquisitely low intrinsic dissipation of superfluid helium and the strongly suppressed acoustic radiation loss in phononic crystal cavities, we predict that this could allow blockade interactions between phonons as well as two-level-system-like behavior. Our work provides a pathway towards extreme mechanical nonlinearities, and towards quantum devices that use mechanical resonators as qubits.
机译：我们表明，高度狭窄的超流薄膜是极其非线性机械谐振器，提供了实现机械量子位的前景。 具体地，我们考虑第三声表面波，由van der Wa的非线性与基板相互作用。 将这些波与磁盘限制在一起，我们导出了立方和四个非线性的分析表达式，并确定了他们介绍的谐振频率偏移。 我们预测单位偏移，比当前最先进的非线性谐振器中的三个数量级。 结合超流氦的精致性低耗散，并且在声子晶体腔中强制抑制的声学辐射损失，我们预测这可以允许封锁音源之间的相互作用以及两级系统类似的行为。 我们的工作为极端机械非线性提供了一种途径，并朝向使用机械谐振器作为QUBITS的量子器件。

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