[论文解读] Squeezing Microwave Fields via Magnetostrictive Interaction

Jie Li, Yi‐Pu Wang+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 7, 2021

Mechanical and Optical Resonators参考文献 1被引用 4

一句话总结

本文提出了一种腔体磁机械学平台，利用亚铁磁体中的非线性磁致伸缩相互作用，生成稳定且显著的微波场压缩。通过利用现有的腔体电磁机械学技术，该方案实现了显著的量子噪声抑制，使量子计量学和量子信息处理的实际应用成为可能。

ABSTRACT

Squeezed light finds many important applications in quantum information science and quantum metrology, and has been produced in a variety of physical systems involving optical nonlinear processes. Here, we show how a nonlinear magnetostrictive interaction in a ferrimagnet in cavity magnomechanics can be used to reduce quantum noise of the electromagnetic field. We show optimal parameter regimes where a substantial and stationary squeezing of the microwave output field can be achieved. The scheme can be realized within the reach of current technology in cavity electromagnonics and magnomechanics. Our work provides a new and practicable approach for producing squeezed vacuum states of electromagnetic fields, and may find promising applications in quantum information processing and quantum metrology.

研究动机与目标

• 开发一种实用方法，利用非线性磁致伸缩相互作用生成微波场的压缩真空态。
• 识别实现腔体磁机械系统中显著且稳定压缩的最优参数区域。
• 证明该方案在现有腔体电磁机械学与磁机械学技术范围内的可行性。
• 通过提升信噪比性能，实现量子信息处理与量子计量学的应用。

提出的方法

• 在微波腔中使用亚铁磁性材料，以在磁自由度与机械自由度之间诱导非线性磁致伸缩耦合。
• 利用腔体磁机械学来介导相互作用并增强场-物质耦合。
• 施加强泵浦场以驱动非线性磁致伸缩相互作用，从而生成量子压缩。
• 通过包含磁振子、声子和光子模式的哈密顿量模型分析系统的动力学行为。
• 通过求解稳态下的线性化量子朗之万方程，推导出最优压缩条件。
• 考虑实际参数，如腔体品质因数、磁致伸缩系数和温度，以确保实验可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否利用亚铁磁体中的非线性磁致伸缩相互作用来实现稳定微波场压缩？
• RQ2 在腔体磁机械系统中，实现最大压缩的最优工作参数是什么？
• RQ3 所提出的方案是否可在当前的腔体电磁机械学与磁机械学技术范围内实现？
• RQ4 系统的性能如何依赖于泵浦功率和耦合强度等关键参数？

主要发现

• 该方案通过非线性磁致伸缩耦合，实现了显著且稳定的微波输出场压缩。
• 已识别出在实际实验条件下可实现显著压缩水平的最优参数区域。
• 该系统在当前技术水平下保持稳定且可行，尤其在腔体品质因数和材料特性方面表现良好。
• 该方法为在微波波段生成压缩真空态提供了一个稳健且可扩展的平台。