利用反铁磁拓扑绝缘体实现高效量子转导
材料科学
2024-08-19 v3 量子物理
摘要
在不同量子系统之间转导量子信息在包括量子通信和量子计算在内的多种应用中是必不可少的一步。然而，由于多方面且有时相互冲突的要求，介导频率差异巨大的光子并设计高性能转导器极为困难。本工作中，我们首先讨论量子转导器设计的一些通用原则，然后提出以固态反铁磁拓扑绝缘体作为特别有效的转导器。首先，反铁磁序可最小化磁相互作用对邻近量子系统的有害影响。其次，拓扑绝缘体呈现能带反转，可极大增强其光学响应。该性质与稳健的自旋轨道耦合和高自旋密度相结合，在磁性拓扑绝缘体中产生强非线性相互作用，从而大幅提高转导效率。以 MnBi2Te4 为例，我们讨论了基于磁性拓扑材料的量子转导潜在实验实现。特别地，我们展示在适中实验要求下可实现超过 90% 的量子转导效率，而转导带宽可达 GHz 范围。磁性拓扑绝缘体中的强非线性光子相互作用除量子转导外还有多种应用，如量子压缩。
引用
@article{arxiv.2308.09048,
title = {Efficient Quantum Transduction Using Anti-Ferromagnetic Topological Insulators},
author = {Haowei Xu and Changhao Li and Guoqing Wang and Hao Tang and Paola Cappellaro and Ju Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.09048},
year = {2024}
}
备注
20 pages, 3 figures