論文の概要: Efficient Quantum Transduction Using Anti-Ferromagnetic Topological Insulators

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.09048v1
• Date: Thu, 17 Aug 2023 15:30:16 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-08-21 16:15:36.120943
• Title: Efficient Quantum Transduction Using Anti-Ferromagnetic Topological Insulators
• Title（参考訳）: 反強磁性トポロジー絶縁体を用いた効率的な量子トランスダクション
• Authors: Haowei Xu, Changhao Li, Guoqing Wang, Hao Tang, Paola Cappellaro, and Ju Li
• Abstract要約: 量子システム間の量子情報の変換は、量子ネットワークや量子コンピューティングを含む様々なアプリケーションにおいて重要なステップである。 我々は高効率なトランスデューサとして機能する固体反強磁性トポロジカル絶縁体を提案する。 磁気トポロジカル絶縁体における強い非線形相互作用は、異なる周波数の光子間の絡み合いの発生を含む様々な応用を見出すことができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.115394047612014
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Transduction of quantum information between distinct quantum systems is an essential step in various applications, including quantum networks and quantum computing. However, quantum transduction needs to mediate between photons with vastly different frequencies, making it challenging to design high-performance transducers, due to multifaceted and sometimes conflicting requirements. In this work, we first discuss some general principles for quantum transducer design, and then propose solid-state anti-ferromagnetic topological insulators to serve as highly effective transducers. First, topological insulators exhibit band-inversion, which can greatly enhance their optical responses. Coupled with their robust spin-orbit coupling and high spin density, this property leads to strong nonlinear interaction in topological insulators, thereby substantially improving transduction efficiency. Second, the anti-ferromagnetic order can minimize the detrimental influence on other neighboring quantum systems due to magnetic interactions. Using $\rm MnBi_2Te_4$ as an example, we showcase that unit transduction fidelity can be achieved with modest experimental requirements, while the transduction bandwidth can reach the GHz range. The strong nonlinear interaction in magnetic topological insulators can find diverse applications, including the generation of entanglement between photons of distinct frequencies.
• Abstract（参考訳）: 量子システム間の量子情報の変換は、量子ネットワークや量子コンピューティングを含む様々な応用において必須のステップである。 しかし、量子変換は非常に異なる周波数で光子を媒介する必要があるため、多面的かつ時には相反する要件のために高性能トランスデューサの設計が困難である。 本研究では,まず量子トランスデューサ設計の一般原理を議論し,次に高効率トランスデューサとして機能する固体反強磁性位相絶縁体を提案する。 まず、トポロジカル絶縁体はバンド反転を示し、光応答を大幅に向上させる。 強靭なスピン軌道結合と高スピン密度との組み合わせにより、この性質はトポロジカル絶縁体における強い非線形相互作用をもたらし、トランスダクション効率を大幅に改善する。 第2に、反強磁性秩序は、磁気相互作用による他の隣接する量子系への有害影響を最小限に抑えることができる。 例として、$\rm MnBi_2Te_4$を用いて、トランスダクション帯域幅がGHz範囲に達するのに対して、ユニットトランスダクションの忠実度は適度な実験条件で達成可能であることを示す。 磁気トポロジー絶縁体における強い非線形相互作用は、異なる周波数の光子間の絡み合いの発生を含む様々な応用を見出すことができる。

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