量子非线性磁声学中的指数级三体耦合

强大且可控的三体相互作用在量子信息和非线性量子光学中发挥着关键作用，但实际实现具有挑战性。本文提出了一种由氮空位 (NV) 中心耦合到两个镱铁石榴石 (yttrium-iron-garnet) 球中克尔非线性磁声 (Kerr magnons，即具有克尔非线性的磁声) 的混合系统。通过在色散 regime 中消除 NV qutrit 的基态，可获得磁声与 NV 量子比特在激发态中所构成的有效三体相互作用。在强驱动极限下，克尔磁声可被线性化，导致对磁声的退化参数放大。结果不仅使三体相互作用和合作性都得到指数级增强，约为 $\exp(\xi)$ 倍于仅涉及单次放大的方案。因此，我们的方案更易于实验实现，因为所需的适度放大参数即可。凭借此放大后的三体耦合强度，系统动力学显著加速，实现快速的三体纠缠生成。此外，可实现噪声抗性的完美磁声阻塞。分析方法和基于量子主方程的数值仿真均能良好预测这一结果。我们的结果表明，NV 中心代表了一个可用于工程量子磁声学中众多体相互作用的有前景的界面，为探索诸如纠缠和相关性等基本量子现象提供了灵活平台。