铁磁材料微腔中光磁相互作用的研究
发布时间：2020-12-30 14:08
过去几十年,基于量子物理的量子技术取得了巨大的进展,包括量子计算,量子模拟,量子通讯,量子传感等。特别的,将不同的物理体系结合起来,希望得到比单一物理体系更优性能的混合量子系统,引起了极大的兴趣。其中基于铁磁材料中的自旋波来研究混合量子系统受到了广泛的关注。自旋波（spin wave）是磁矩有序材料中磁化的集体激励,它的量子化称为磁子,可以与微波光子、光学光子、机械声子、甚至超导量子比特相互作用,从而形成新的研究领域,分别为在基于磁光效应的腔光磁体系、基于磁致伸缩效应腔磁机械体系、以及基于磁偶极子相互作用的量子磁振子体系中得到广泛的研究,实现了包括微波到光波的频率转换,单个磁振子的测量,声子与磁振子的转换等,突显了很好的应用前景。目前,基于固态量子比特的量子信息技术大多都受到低温以及微波光子的局限,不能实现长距离的量子比特之间的通讯,因此将量子态从微波转换到光学领域引起了广泛的兴趣,与微波光子不同,光学光子可以通过低损耗的光纤传输,这使得它们适合长距离的通信,而且光学领域还提供了大量开发良好的量子光学工具,如高效的单光子探测器和长寿命量子存储器等,因此通过微波光子到光波光子的相互转换能...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：107 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２微波光子与磁振子间的强耦合
Ｋｆｌ＾＾Ｈ?｜?０．１??Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ?ｃａｖｉｔｙ?■?卩??７．９７ＩＢＷ＿。－??５．４５?４．８５?４．２５?－３．６５?－３．０５??ＢＢＨＢＢｍｉ?ｍＢｍ?Ｃｏｉｌ?ｃｕｒｒｅｎｔ?／?（ｍＡ）??〇?ａｉ??？?￡＊?？?Ｄａｔａ??Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔ?Ｑｕｂｉｔ?勺?０?０５?ｆｔ?－ｆ／ｎ－ｍ／２ｎ?？?＿ｐｉｔ??ｆ?Ｋｉｔｔｅｌ?ｍｏｄｅ?＾?０??■?７．９７?７．９８?７．９９?８?８．０１??Ｂ？?ｗｓ／２ｎ?（ＧＨｚ）??图１．３超导量子比特与磁振子间的强耦合。将ＹＩＧ球放置于微波腔的磁场节点，将超导量??子比特置于电场节点，则磁振子可以通过微波与超导量子比特间接耦合。??与量子比特的耦合项可以表示为：??Ｓｇ－ｍ?｛ｇ＇ｍ?＋?ｑｍｆ）?（１．２）??其中（ｍ’）和ｇ?（ｍ）分别表不量子比特（磁振子）的产生和淫灭算符，上述稱合??项是在磁振子频率与量子比特频率近共振且远失谐于微波共振频率下近似得到??的。耦合强度％近似由微波与磁振子的耦合强度以及微波与量子比特耦合强??度决定。Ｄ．?Ｌａｃｈａｎｃｅ－Ｑｕｉｒｉｏｎ等人已经实验实现了磁振子与超导量子比特间的??耦合（图１Ｊ所示），通过将Ｙ１Ｇ放置在微波腔内的磁场节点，将量子比特放置在??微波腔中的电场节点，从而实现磁振子与量子比特间的强耦合。实验中利用磁??振子的可调性使得系统进入强色散区域（ｓｔｒｏｎｇ?ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ?ｒｅｇｉｍｅ），使得产生的??磁振子会使量子比特发生频移，通过测量谱线频移量从而实现单个磁振子的测??量［７２，９８１。该方法也在腔量子电动力学中分辨微波模式中的单个微波光子Ｐ９＿ｉ
使得??磁性材料中的变形模式作为机械振动模式与磁振子发生耦合，称上述体系为腔??磁机械体系（ｃａｖｉｔｙ?ｍａｇｎｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ）。在该体系中磁振子与声子的賴合项可以写??为：??ｇｂ－ｍｍ＇ｍ?（ｂ?＋?ｂ＇）?（！－３）??其中Ｍ?和６?（ｍ）分别表示声子（磁振子）的产生和湮灭算符。该耦合项与光机??械系统中的耦合项类似，因此也可以在腔磁机械体系中实现光机械系统中如边带??冷却和参量放大。磁振子与声子间的耦合己经由Ｘｕｆｅｎｇ?Ｚｈａｎｇ等人在ＹＩＧ球中??实现如图１．４所示。实验中得到的耦合强度相比于之前介绍的两种耦合体系??低，由于该体系与光机械类似，耦合强度可以通过增强微波泵浦来増强，实验中在??ＯｄＢｍ的外界驱动下，得到的耦合强度接近３０ｋＨｚ，比声子线宽大了?２个量级但还??是小于磁振子的线宽。同时上述实验还演示了磁声诱导透明（ｍａｇｎｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ??ｉｎｄｕｃｅｄ?ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ）以及磁声诱导吸收（ｍａｇｎｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ?ｉｎｄｕｃｅｄ?ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）。??由于磁振子和微波光子模式的强杂化以及它们的高可调性，该实验也实现了包??括磁振子和声子的参量放大，三模共振即光子－磁振子－声子的耦合，以及声子激??光。上述结果可以作为一种新的基于光子、声子和磁振子之间的相干耦合的信息??传递平台。??另外也有人理论提出在磁振子声子耦合体系中实现磁模、微波模式以及机??械模式的纠缠来研究宏观量子效应［７１，１｛）５＿１Ｑ６１。上述方案需要满足低温环境，同时??也需要强泵浦保证耦合强度，因此在实验上还存在巨大挑战，但是也表明了磁振??子声子耦合体系在研宄量子现象
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ringing phenomenon in silica microspheres[J]. 董春华,邹长铃,崔金明,杨勇,韩正甫,郭光灿. Chinese Optics Letters. 2009(04)
本文编号：2947774
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：107 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２微波光子与磁振子间的强耦合
Ｋｆｌ＾＾Ｈ?｜?０．１??Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ?ｃａｖｉｔｙ?■?卩??７．９７ＩＢＷ＿。－??５．４５?４．８５?４．２５?－３．６５?－３．０５??ＢＢＨＢＢｍｉ?ｍＢｍ?Ｃｏｉｌ?ｃｕｒｒｅｎｔ?／?（ｍＡ）??〇?ａｉ??？?￡＊?？?Ｄａｔａ??Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔ?Ｑｕｂｉｔ?勺?０?０５?ｆｔ?－ｆ／ｎ－ｍ／２ｎ?？?＿ｐｉｔ??ｆ?Ｋｉｔｔｅｌ?ｍｏｄｅ?＾?０??■?７．９７?７．９８?７．９９?８?８．０１??Ｂ？?ｗｓ／２ｎ?（ＧＨｚ）??图１．３超导量子比特与磁振子间的强耦合。将ＹＩＧ球放置于微波腔的磁场节点，将超导量??子比特置于电场节点，则磁振子可以通过微波与超导量子比特间接耦合。??与量子比特的耦合项可以表示为：??Ｓｇ－ｍ?｛ｇ＇ｍ?＋?ｑｍｆ）?（１．２）??其中（ｍ’）和ｇ?（ｍ）分别表不量子比特（磁振子）的产生和淫灭算符，上述稱合??项是在磁振子频率与量子比特频率近共振且远失谐于微波共振频率下近似得到??的。耦合强度％近似由微波与磁振子的耦合强度以及微波与量子比特耦合强??度决定。Ｄ．?Ｌａｃｈａｎｃｅ－Ｑｕｉｒｉｏｎ等人已经实验实现了磁振子与超导量子比特间的??耦合（图１Ｊ所示），通过将Ｙ１Ｇ放置在微波腔内的磁场节点，将量子比特放置在??微波腔中的电场节点，从而实现磁振子与量子比特间的强耦合。实验中利用磁??振子的可调性使得系统进入强色散区域（ｓｔｒｏｎｇ?ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ?ｒｅｇｉｍｅ），使得产生的??磁振子会使量子比特发生频移，通过测量谱线频移量从而实现单个磁振子的测??量［７２，９８１。该方法也在腔量子电动力学中分辨微波模式中的单个微波光子Ｐ９＿ｉ
使得??磁性材料中的变形模式作为机械振动模式与磁振子发生耦合，称上述体系为腔??磁机械体系（ｃａｖｉｔｙ?ｍａｇｎｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ）。在该体系中磁振子与声子的賴合项可以写??为：??ｇｂ－ｍｍ＇ｍ?（ｂ?＋?ｂ＇）?（！－３）??其中Ｍ?和６?（ｍ）分别表示声子（磁振子）的产生和湮灭算符。该耦合项与光机??械系统中的耦合项类似，因此也可以在腔磁机械体系中实现光机械系统中如边带??冷却和参量放大。磁振子与声子间的耦合己经由Ｘｕｆｅｎｇ?Ｚｈａｎｇ等人在ＹＩＧ球中??实现如图１．４所示。实验中得到的耦合强度相比于之前介绍的两种耦合体系??低，由于该体系与光机械类似，耦合强度可以通过增强微波泵浦来増强，实验中在??ＯｄＢｍ的外界驱动下，得到的耦合强度接近３０ｋＨｚ，比声子线宽大了?２个量级但还??是小于磁振子的线宽。同时上述实验还演示了磁声诱导透明（ｍａｇｎｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ??ｉｎｄｕｃｅｄ?ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ）以及磁声诱导吸收（ｍａｇｎｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ?ｉｎｄｕｃｅｄ?ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）。??由于磁振子和微波光子模式的强杂化以及它们的高可调性，该实验也实现了包??括磁振子和声子的参量放大，三模共振即光子－磁振子－声子的耦合，以及声子激??光。上述结果可以作为一种新的基于光子、声子和磁振子之间的相干耦合的信息??传递平台。??另外也有人理论提出在磁振子声子耦合体系中实现磁模、微波模式以及机??械模式的纠缠来研究宏观量子效应［７１，１｛）５＿１Ｑ６１。上述方案需要满足低温环境，同时??也需要强泵浦保证耦合强度，因此在实验上还存在巨大挑战，但是也表明了磁振??子声子耦合体系在研宄量子现象
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ringing phenomenon in silica microspheres[J]. 董春华,邹长铃,崔金明,杨勇,韩正甫,郭光灿. Chinese Optics Letters. 2009(04)
本文编号：2947774
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