論文の概要: Quantum tomography of magnons using Brillouin light scattering
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.10152v2
- Date: Mon, 12 Feb 2024 14:11:29 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-02-13 21:45:40.342099
- Title: Quantum tomography of magnons using Brillouin light scattering
- Title（参考訳）: ブリルアン光散乱によるマグノンの量子トモグラフィー
- Authors: Sanchar Sharma and Silvia Viola Kusminskiy and Victor A.S.V.
Bittencourt
- Abstract要約: マグノンの量子トモグラフィーにおけるブリルアン光散乱の有効性を理論的に検討する。
信号対雑音比 (SNR) は, 磁気光学結合の小さいため, 一般的に低い値であることがわかった。
最大推定値を用いて出力光子の統計値からマグノンの密度行列を再構成する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum magnonics, an emerging field focusing on the study of magnons for
quantum applications, requires precise measurement methods capable of resolving
single magnons. Existing techniques introduce additional dissipation channels
and are not apt for magnets in free space. Brillouin light scattering (BLS) is
a well-established technique for probing the magnetization known for its high
sensitivity and temporal resolution. The coupling between magnons and photons
is controlled by a laser input, so it can be switched off when a measurement is
not needed. In this article, we theoretically investigate the efficacy of BLS
for quantum tomography of magnons. We model a finite optomagnonic waveguide,
including the optical noise added by the dielectric, to calculate the
signal-to-noise ratio (SNR). We find that the SNR is typically low due to a
small magneto-optical coupling; nevertheless, it can be significantly enhanced
by injecting squeezed vacuum into the waveguide. We reconstruct the density
matrix of the magnons from the statistics of the output photons using a maximum
likelihood estimate. The classical component of a magnon state, defined as the
regions of positive Wigner function, can be reconstructed with a high accuracy
while the non-classical component necessitates either a higher SNR or a larger
dataset. The latter requires more compact data structures and advanced
algorithms for post-processing. The SNR is limited partially by the input laser
power that can be increased by designing the optomagnonic cavity with a heat
sink.
- Abstract（参考訳）: 量子マグノン学(quantum magnonics)は、量子応用のためのマグノンの研究に焦点を当てた新興分野であり、単一のマグノンを分解する正確な測定方法を必要とする。
既存の技術は、余分な散逸チャネルを導入し、自由空間の磁石には適応しない。
ブリルアン光散乱(BLS)は、高感度と時間分解能で知られている磁化を探索するための確立された技術である。
マグノンと光子の結合はレーザー入力によって制御されるため、測定が不要な場合にはオフにすることができる。
本稿では,マグノンの量子トモグラフィーにおけるBLSの有効性について理論的に検討する。
誘電体によって付加される光ノイズを含む有限光導波路をモデル化し、信号対雑音比(SNR)を算出する。
また,SNRは小型の磁気光学結合により低いが,導波路に圧縮真空を注入することで著しく高めることができることがわかった。
最大推定値を用いて出力光子の統計値からマグノンの密度行列を再構成する。
正のウィグナー関数の領域として定義されるマグノン状態の古典的成分は高精度に再構成でき、非古典的成分はより高いSNRまたはより大きなデータセットを必要とする。
後者は、よりコンパクトなデータ構造と後処理のための高度なアルゴリズムを必要とする。
SNRは入力レーザーパワーによって部分的に制限されており、ヒートシンクでオポマグニックキャビティを設計することで増大させることができる。
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