論文の概要: Efficient Quantum Transduction Using Anti-Ferromagnetic Topological Insulators
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.09048v3
- Date: Thu, 15 Aug 2024 20:47:06 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-08-19 21:05:52.202883
- Title: Efficient Quantum Transduction Using Anti-Ferromagnetic Topological Insulators
- Title（参考訳）: 反強磁性トポロジカル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, Ju Li,
- Abstract要約: 本稿では,量子トランスデューサ設計の一般的な原理について論じる。
次に, 固体反強磁性トポロジカル絶縁体を特に有効なトランスデューサとして用いることを提案する。
- 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 communications and quantum computing. However, mediating photons of vastly different frequencies and designing high-performance transducers are highly nontrivial, 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 particularly effective transducers. First, the anti-ferromagnetic order can minimize detrimental influences on nearby quantum systems caused by magnetic interactions. Second, 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. Using MnBi2Te4 as an example, we discuss the potential experimental realization of quantum transduction based on magnetic topological materials. Particularly, we showcase that quantum transduction efficiency exceeding 90% 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 besides quantum transduction, such as quantum squeezing.
- Abstract（参考訳）: 異なる量子システム間の量子情報の変換は、量子通信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。
しかし、様々な周波数の光子を仲介し、高性能トランスデューサを設計することは、多面的かつ時には矛盾する要求のため、非常に非自明である。
本稿ではまず量子トランスデューサ設計の一般的な原理について論じ,特に有効なトランスデューサとして固体反強磁性トポロジカル絶縁体を提案する。
第一に、反強磁性秩序は、磁気相互作用によって引き起こされる近くの量子システムに対する有害な影響を最小限に抑えることができる。
第2に、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。
この性質は、ロバストなスピン軌道結合と高スピン密度と組み合わされ、磁気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す。
MnBi2Te4を例として、磁気トポロジカル材料に基づく量子トランスダクションの潜在的実験的実現について論じる。
特に, 量子トランスダクション効率が90%を超える場合, 最低限の実験条件で実現可能である一方で, トランスダクション帯域幅は 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、量子スクイーズのような量子トランスダクション以外の様々な応用を見出すことができる。
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