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

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.09048v2
• Date: Wed, 1 Nov 2023 17:12:18 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-11-02 17:02:30.976395
• 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: 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。 単一光子量子効率が80%を超えると、わずかに実験的な条件で達成できることが示される。 磁気トポロジカル絶縁体における強い非線形フォトニック相互作用は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, mediating photons of vastly different frequencies and designing high-performance transducers are challenging, 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. This property, coupled with robust spin-orbit coupling and high spin density, results in strong nonlinear interaction in magnetic 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 MnBi2Te4 as an example, we showcase that single-photon quantum transduction efficiency exceeding 80% can be achieved with modest experimental requirements, while the transduction bandwidth can reach the GHz range. The strong nonlinear photonic interactions in magnetic topological insulators can find diverse applications, including the generation of entanglement between photons of disparate frequencies and quantum squeezing.
• 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、多面的かつ時には矛盾する要求のため、周波数の異なる光子を仲介し、高性能トランスデューサを設計することは困難である。 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。 この性質とロバストなスピン軌道結合と高いスピン密度が相まって、磁気トポロジー絶縁体における強い非線形相互作用が起こり、変換効率が大幅に向上する。 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。 MnBi2Te4 を例として,単一光子量子トランスダクション効率が 80% を超える場合,伝送帯域幅は GHz の範囲に到達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フォトニック相互作用は、異なる周波数の光子間の絡み合いの発生や量子スクイージングなど、様々な応用が可能である。

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