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/2311.07293v2
- Date: Mon, 29 Jul 2024 09:25:32 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-31 00:36:23.490806
- 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: 立体トポロジカル絶縁膜は, テラヘルツ政権の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）: 0.04915744683251149
- 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 weak magneto-optic coupling. 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 in the terahertz regime. 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 between microwave and terahertz photons 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。
マイクロ波と光レンジの周波数差が大きいため、中間ボソニックモードや非線形プロセスを通じてトランスダクションを行う必要がある。
これまでのところ、強磁性体YIGの磁気光学的ファラデー効果(すなわち光-磁気相互作用)による転写効率$\eta$は、弱い磁気光学的カップリングにより$\eta\sim 10^{-8} \mathrm{-} 10^{-15}$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薄膜は, テラヘルツ政権の試料厚さに依存しない位相的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。
マイクロ波とテラヘルツ光子の伝送効率は、Bi$_2$Se$_3$やYIGなどの強磁性絶縁薄膜からなるヘテロ構造を利用して、$\eta\sim10^{-4}$に大幅に向上できることを理論的に示す。
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