論文の概要: Finite-temperature Quantum Quasinormal Mode Theory for Spatiotemporally-resolved Dissipative Cavity Quantum Magnonics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.36385v1
• Date: Mon, 26 Oct 2026 22:59:28 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-28 21:04:31.447541
• Title: Finite-temperature Quantum Quasinormal Mode Theory for Spatiotemporally-resolved Dissipative Cavity Quantum Magnonics
• Title（参考訳）: 時空間分解型散逸キャビティ量子マグノニクスの有限温度量子準正規モード理論
• Abstract要約: キャビティ量子マグノニクスは、かつてないようなハイブリッド・ライト・マター・インタフェースの時代を支えてきた。 非相互媒質に対するマクロ的量子電磁力学に基づく有限温度量子QNM理論を提案する。 提案手法は,現実的なオープンシステムおよび熱条件下で動作するハイブリッド量子デバイスを定量的に設計することを可能にする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Cavity quantum magnonics has ushered in an unprecedented era of hybrid light-matter interfaces in which microwave photons, collective spin excitations, and superconducting or spin qubits can be coupled within a single device architecture, facilitating a versatile platform for quantum information processing. Realizing their full potential, however, requires a theory that can treat non-reciprocal magnetic media, material dissipation and open-cavity radiation losses, as well as finite-temperature fluctuations rigorously and without significant approximation. The dissipative magnonic resonances of such systems are described as quasinormal modes (QNMs), yet a consistent quantization procedure for lossy gyrotropic resonators has remained elusive. In this work, we present a finite-temperature quantum QNM theory, based on macroscopic quantum electrodynamics for non-reciprocal media and complex coordinate transformations, that achieves QNM quantization for a wide class of spatially inhomogeneous, dissipative and dispersive, cavity magnonic systems. We demonstrate the predictive capabilities of our theory via applications to hybrid dielectric-magnonic resonators interacting with both spin and superconducting qubits, evidencing modal interference effects, a continuous transition from coherent to dissipative coupling, spatiotemporal quantum field dynamics, and magnon-mediated qubit synchronization, at both zero and finite temperatures. By addressing the intricacies of modal loss and non-reciprocity in a fully quantum theory of cavity magnonics, our approach enables the quantitative design of hybrid quantum devices that operate under realistic open-system and thermal conditions, without recourse to ad hoc quantization schemes.
• Abstract（参考訳）: キャビティ量子マグノニクスは、マイクロ波光子、集合スピン励起、超伝導またはスピン量子ビットを単一のデバイスアーキテクチャ内で結合し、量子情報処理のための汎用的なプラットフォームを実現するという、前代未聞のハイブリッド・マター・インタフェースの時代に発展した。 しかし、その完全なポテンシャルを実現するには、非相互磁気媒体、物質散逸、空洞放射損失、および有限温度変動を厳密かつ重要な近似なしに扱える理論が必要である。 このような系の散逸的マグノン共鳴は準正規モード (QNMs) と記述されるが、ロッキーなジャイロ共振器に対する一貫した量子化過程はいまだ解明されていない。 本研究では、非相互媒質および複雑な座標変換のためのマクロ量子電磁力学に基づく有限温度量子QNM理論を提案し、空間的不均一、散逸的、分散的、キャビティマグノニクス系の幅広いクラスに対するQNM量子化を実現する。 我々は、スピンおよび超伝導量子ビットの両方と相互作用するハイブリッド誘電体-磁気共振器、変調干渉効果の導出、コヒーレントから散逸結合への連続的な遷移、時空間場のダイナミクス、およびマグノンを介する量子ビット同期への応用を通じて、我々の理論の予測能力を実証する。 キャビティ・マグノニクスの完全量子論において、モーダル損失と非相互性の複雑さに対処することにより、本手法は、アドホック量子化スキームとは無関係に、現実的な開系および熱条件下で動作するハイブリッド量子デバイスを定量的に設計することができる。

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