論文の概要: Exponentially Enhanced Tripartite Coupling in Quantum Nonlinear Magnonics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.01884v1
• Date: Tue, 02 Sep 2025 02:15:30 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-04 15:17:03.87957
• Title: Exponentially Enhanced Tripartite Coupling in Quantum Nonlinear Magnonics
• Title（参考訳）: 量子非線形マグノニクスにおける指数関数的に強化された三部構造結合
• Authors: Xue-Chun Chen, Zi-Jie Wang, Sheng-Bo Zheng, Jiaojiao Chen, Wei Xiong,
• Abstract要約: 本稿では,2つのイットリウム-鉄-ガーネット球のKerrマグノンに結合した窒素空孔中心からなるハイブリッドシステムを提案する。 強い駆動限界において、カー・マグノンは線型化され、スクイーズするマグノンに対して縮退パラメトリック増幅をもたらす。 以上の結果から,NV中心は量子磁気学における多体相互作用の工学的インターフェースとして有望であることが示唆された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.287211499372281
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Strong and controllable tripartite interactions play a pivotal role in quantum information and nonlinear quantum optics, yet challenging to realize. In this work, we propose a hybrid system consisting of a nitrogen-vacancy (NV) center coupled to Kerr magnons (magnons with Kerr nonlinearity) in two yttrium-iron-garnet spheres. By adiabatically eliminating the ground state of the NV qutrit in the dispersive regime, an effective tripartite interaction among magnons and an NV qubit encoded in its excited states is obtained. In the strong driving limit, Kerr magnons can be linearized and give rise to degenerate parametric amplification for squeezing magnons. As a result, both the tripartite interaction and cooperativity are exponentially enhanced twice, which is about $\exp(\xi)$ times than schemes only involving single-squeezing. Hence, our proposal is more experimentally feasible because modest squeezing parameter is sufficient. With this amplified tripartite coupling strength, the system dynamics are greatly accelerated, leading to fast generation of tripartite entanglement. In addition, noise-resilient perfect magnon blockade can be achieved, well predicted by both the analytical approach and numerical simulation with quantum master equation. Our results suggest that the NV center represents a promising interface for engineering many-body interactions in quantum magnonics, offering a versatile platform for exploring fundamental quantum phenomena such as entanglement and correlations.
• Abstract（参考訳）: 強い、制御可能な三部構造相互作用は、量子情報や非線形量子光学において重要な役割を果たすが、実現は困難である。 本研究では,2つのイットリウム-鉄-ガーネット球におけるKerr Magnons(Kerr非線形性を持つマグノン)に結合した窒素空孔(NV)中心からなるハイブリッドシステムを提案する。 分散状態におけるNV量子ビットの基底状態を断熱的に除去することにより、マグノンとその励起状態に符号化されたNV量子ビット間の有効三部構造相互作用を得る。 強い駆動限界において、カー・マグノンは線型化され、スクイーズするマグノンに対して縮退パラメトリック増幅をもたらす。 その結果、三部体の相互作用と協調性は指数関数的に2倍に拡張され、これは単一のスキームのみを含むスキームの約$\exp(\xi)$倍である。 したがって,提案手法はより実験的に実現可能である。 この増幅三部体の結合強度により、系の力学は大幅に加速され、三部体の絡み合いが急速に生じる。 さらに、解析的アプローチと量子マスター方程式による数値シミュレーションの両方により、ノイズ耐性の完全マグノン遮断を達成することができる。 以上の結果から,NV中心は量子マグノニクスにおける多体相互作用を設計するための有望なインターフェースであり,絡み合いや相関などの基本的な量子現象を探索するための汎用的なプラットフォームを提供すると考えられる。

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