The techniques of microwave quantum optics are applied to collective spin excitations in a macroscopic sphere of a ferromagnetic insulator. We demonstrate, in the single-magnon limit, strong coupling between a magnetostatic mode in the sphere and a microwave cavity mode. Moreover, we introduce a superconducting qubit in the cavity and couple the qubit with the magnon excitation via the virtual photon excitation. We observe the magnon–vacuum-induced Rabi splitting. The hybrid quantum system enables generation and characterization of non-classical quantum states of magnons.

Nous appliquons les techniques de l'optique quantique micro-onde aux excitations collectives des spins d'une sphère macroscopique d'un isolant ferromagnétique. Nous mettons en évidence, dans la limite d'une unique excitation magnonique, le couplage fort entre un mode magnétostatique de la sphère et un mode d'une cavité micro-onde. En outre, nous avons ajouté un bit quantique supraconducteur à la cavité, ce qui permet de coupler ce bit quantique au mode de magnon, via l'échange virtuel d'un photon. Nous observons ainsi un anticroisement des fréquences de résonance du magnon et de la cavité. Cette plateforme hybride permet la création et la caratérisation d'états non classiques de magnons.