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量子物理

arXiv:2503.08587 (quant-ph)
[提交于 2025年3月11日 ]

标题: 固态氖上单个电子与混合量子系统中磁子的非线性三重耦合

标题: Nonlinear Tripartite Coupling of Single Electrons on Solid Neon with Magnons in a Hybrid Quantum System

Authors:Xue-Feng Pan, Peng-Bo Li
摘要: 相干非线性三重相互作用对于推动混合量子系统中的量子模拟和信息处理至关重要,但它们在实验上仍然具有挑战性,并且尚未得到全面探索。 在这里,我们预测了一种混合装置中的非线性三重耦合机制,该装置包括一个被束缚在固态氖表面的单个电子和一个附近的微磁体。 这里的三重耦合利用了电子的固有电荷(运动)和自旋自由度与微磁体的磁振子模式相互作用。 由于电子零点运动的较大空间范围,我们表明可以在单个量子水平上获得可调且强的自旋-磁振子-运动耦合,其中两个声子同时与单个自旋和磁振子激发相互作用。 这使得例如电子的电荷和自旋自由度之间的耗散相互作用成为可能,允许在电子的运动状态中受控地添加/减去声子,并制备稳定态的非高斯运动状态。 该协议可以利用现有的电子陷阱技术轻松实现,并可能为基于强耦合混合量子系统的量子模拟和信息处理的一般应用开辟新途径。
摘要: Coherent nonlinear tripartite interactions are critical for advancing quantum simulation and information processing in hybrid quantum systems, yet they remain experimentally challenging and still evade comprehensive exploration. Here, we predict a nonlinear tripartite coupling mechanism in a hybrid setup comprising a single electron trapped on a solid neon surface and a nearby micromagnet. The tripartite coupling here leverages the electron's intrinsic charge (motional) and spin degrees of freedom interacting with the magnon modes of the micromagnet. Thanks to the large spatial extent of the electron zero-point motion, we show that it is possible to obtain a tunable and strong spin-magnon-motion coupling at the single quantum level, with two phonons simultaneously interacting with a single spin and magnon excitation. This enables, for example, dissipative interactions between the electron's charge and spin degrees of freedom, permitting controlled phonon addition/subtraction in the electron's motional state and the preparation of steady-state non-Gaussian motional states. This protocol can be readily implemented with the well-developed techniques in electron traps and may open new avenues for general applications in quantum simulations and information processing based on strongly coupled hybrid quantum systems.
评论: 7页,3图
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall)
引用方式: arXiv:2503.08587 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2503.08587v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2503.08587
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Peng-Bo Li [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 3 月 11 日 16:22:44 UTC (3,021 KB)
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