量子非线性磁子学中指数增强的三体耦合

强且可控的三体相互作用在量子信息处理和非线性量子光学中具有关键作用,但其实现极具挑战性。该工作提出了一种混合系统,由与两个钇铁石榴石球体中克尔磁子(具有克尔非线性的磁子)耦合的氮空位(NV)中心构成。通过在色散区绝热消除NV量子三能级基态,研究人员获得了磁子与编码于激发态的NV量子比特之间的有效三体相互作用。在强驱动极限下,克尔磁子可被线性化并产生用于磁子压缩的简并参量放大。该方案使三体相互作用和协同性均经历两次指数级增强,其增强幅度约为仅涉及单次压缩方案的exp(ξ)倍,因此仅需中等压缩参数即可实现实验可行性。基于此放大的三体耦合强度,系统动力学显著加速,从而快速生成三体纠缠态。此外,解析方法和量子主方程数值模拟均证实该系统可实现抗噪声的完美磁子阻塞。研究结果表明,NV中心可作为量子磁子学中调控多体相互作用的理想接口,为探索纠缠与关联等基础量子现象提供多功能平台。

量科快讯