مقاله تبدیل مایکروویو به اپتیک با استفاده از حالت های مغناطیسی و یک حفره نوری قابل تنظیم

چکیده

Quantum computing, quantum communication and quantum networks rely on hybrid quantum systems operating in different frequency ranges. For instance, the superconducting qubits work in the gigahertz range, while the optical photons used in communication are in the range of hundreds of terahertz. Due to the large frequency mismatch, achieving the direct coupling and information exchange between different information carriers is generally difficult. Accordingly, a quantum interface is demanded, which serves as a bridge to establish information linkage between different quantum systems operating at distinct frequencies. Recently, the magnon mode in ferromagnetic spin systems has received significant attention. While the inherent weak optomagnonic coupling strength restricts the microwave-to-optical photon conversion efficiency using magnons, the versatility of the magnon modes, together with their readily achievable strong coupling with other quantum systems, endow them with many distinct advantages. Here, we realize the magnon-based microwave-light interface by adopting an optical cavity with adjustable free spectrum range and different kinds of magnetostatic modes in two microwave cavity configurations. By optimizing the parameters, an internal conversion efficiency of 1.28 x 10^-7 is achieved. We analyze the impact of various parameters on the microwave-to-optics conversion. The study provides useful guidance and insights to further enhancing the microwave-to-optics conversion efficiency using magnons.

چکیده به فارسی (ترجمه ماشینی)

محاسبات کوانتومی ، ارتباطات کوانتومی و شبکه های کوانتومی به سیستم های کوانتومی ترکیبی که در محدوده فرکانس مختلف کار می کنند ، متکی هستند.به عنوان مثال ، Qubits ابررسانا در محدوده Gigahertz کار می کند ، در حالی که فوتون های نوری مورد استفاده در ارتباطات در محدوده صدها Terahertz قرار دارند.با توجه به عدم تطابق فرکانس بزرگ ، دستیابی به جفت مستقیم و تبادل اطلاعات بین حامل های مختلف اطلاعات به طور کلی دشوار است.بر این اساس ، یک رابط کوانتومی خواسته شده است ، که به عنوان پلی برای ایجاد ارتباط اطلاعاتی بین سیستم های مختلف کوانتومی که در فرکانس های مجزا عمل می کنند ، استفاده می شود.اخیراً ، حالت مگنون در سیستم های چرخش فرومغناطیسی مورد توجه قابل توجهی قرار گرفته است.در حالی که قدرت جفت شدن اپتومغنیک ضعیف ذاتی ، بازده تبدیل فوتون مایکروویو به نوری را با استفاده از مگنها محدود می کند ، تطبیق پذیری حالتهای مگنون ، همراه با اتصال قوی به راحتی قابل دستیابی با سایر سیستم های کوانتومی ، آنها را با مزایای متمایز بسیاری وقف می کند.در اینجا ، ما با اتخاذ یک حفره نوری با دامنه طیف آزاد قابل تنظیم و انواع مختلف حالت های مغناطیسی در دو تنظیم حفره مایکروویو ، رابط کاربری مایکروویو مبتنی بر مگنون را درک می کنیم.با بهینه سازی پارامترها ، راندمان تبدیل داخلی 1.28 10 10^-7 حاصل می شود.ما تأثیر پارامترهای مختلف را در تبدیل مایکروویو به نوری تجزیه و تحلیل می کنیم.این مطالعه راهنمایی ها و بینش های مفیدی را برای افزایش بیشتر بازده تبدیل مایکروویو به نوری با استفاده از مگنها ارائه می دهد.