单光子与磁涡旋的强耦合

强光-物质耦合是量子信息协议中交换信息的必要条件。它用于通过量子总线（光子）耦合不同量子比特（物质），或用于沟通不同类型的激发，例如光与声子或磁子之间的转导。迄今为止，尚未被探索的一种接口是光与拓扑保护类粒子激发（如磁畴壁、skyrmion或涡旋）之间的耦合。在此，我们从理论上证明，存在于超导腔中的单光子可与纳米圆盘内磁涡旋的回旋模式强耦合。我们结合数值与解析计算，针对超导共面波导谐振腔及纳米圆盘的不同实现（材料与尺寸）进行了研究。我们表明，为增强耦合，在谐振腔中制备的收缩结构是有利的，可使半径为 $200-400$ nm、共振频率为几 GHz 的 CoFe 圆盘达到强耦合。强耦合 regime 允许单光子与涡旋激发量子相干交换。因此，我们的计算表明，此处提出的器件可作为光子与回旋涡旋之间的转导器，为利用涡旋或 skyrmion 等拓扑保护自旋激发来补充超导量子比特开辟了道路。最后，我们讨论了基于将涡旋用作短波长磁子发射器而实现的量子数据处理中的潜在应用。