論文の概要: Microwave-to-Optical Quantum Transduction Utilizing the Topological
Faraday Effect of Topological Insulator Heterostructures
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.07293v1
- Date: Mon, 13 Nov 2023 12:35:33 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-11-14 14:23:02.261140
- Title: Microwave-to-Optical Quantum Transduction Utilizing the Topological
Faraday Effect of Topological Insulator Heterostructures
- Title（参考訳）: トポロジカル絶縁体ヘテロ構造のトポロジカルファラデー効果を利用したマイクロ波-光量子変換
- Authors: Akihiko Sekine, Mari Ohfuchi, Yoshiyasu Doi
- Abstract要約: 三次元トポロジカル絶縁膜は試料厚さに依存しないトポロジカルファラデー効果を示す。
これにより、ファラデー回転角が大きくなり、薄膜限界における光磁気相互作用が強化される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.05524804393257919
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The quantum transduction between microwave and optical photons is essential
for realizing scalable quantum computers with superconducting qubits. Due to
the large frequency difference between microwave and optical ranges, the
transduction needs to be done via intermediate bosonic modes or nonlinear
processes. So far, the transduction efficiency $\eta$ via the magneto-optic
Faraday effect (i.e., the light-magnon interaction) in the ferromagnet YIG has
been demonstrated to be small as $\eta\sim 10^{-8} \mathrm{-} 10^{-15}$ due to
the sample size limitation inside the cavity. Here, we take advantage of the
fact that three-dimensional topological insulator thin films exhibit a
topological Faraday effect that is independent of the sample thickness. This
leads to a large Faraday rotation angle and therefore enhanced light-magnon
interaction in the thin film limit. We show theoretically that the transduction
efficiency can be greatly improved to $\eta\sim10^{-4}$ by utilizing the
heterostructures consisting of topological insulator thin films such as
Bi$_2$Se$_3$ and ferromagnetic insulator thin films such as YIG.
- Abstract（参考訳）: マイクロ波と光子間の量子トランスダクションは超伝導量子ビットを用いたスケーラブル量子コンピュータの実現に不可欠である。
マイクロ波と光学レンジの周波数差が大きいため、中間ボソニックモードまたは非線形プロセスを介して変換を行う必要がある。
これまでのところ、強磁性体YIGの磁気光学ファラデー効果(すなわち光-マグノン相互作用)による転写効率$\eta$は、空洞内のサンプルサイズ制限により$\eta\sim 10^{-8} \mathrm{-} 10^{-15}$と小さいことが示されている。
ここでは,3次元トポロジカル絶縁膜が試料厚さに依存しない位相的ファラデー効果を示すという事実を利用する。
これによりファラデー回転角が大きくなり、薄膜限界における光磁気相互作用が強化される。
本稿では,Bi$_2$Se$_3$のようなトポロジカル絶縁薄膜とYIGのような強磁性絶縁薄膜からなるヘテロ構造を利用することで,トランスダクション効率を$\eta\sim10^{-4}$に大きく向上できることを理論的に示す。
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