Gequetschte Zustände des elektromagnetischen Feldes finden viele wichtige Anwendungen in der Quanteninformationswissenschaft und Quantenmetrologie. Dr. Jie Li et al. an der Zhejiang University stellten einen neuen Mechanismus zur Herstellung mikrowellenkomprimierter Vakuumzustände unter Verwendung eines magnetomechanischen Hohlraumsystems vor.
Insbesondere koppelt die Spinwelle (Magnon-Mode), die durch eine große Anzahl von Spins in einem Ferrimagneten gebildet wird, über die magnetostriktive Kraft an die Phononenmode der Deformationsschwingung des Ferrimagneten. Die magnetostriktive Wechselwirkung ist ein nichtlinearer Effekt, der eine eindeutige Korrelation zwischen der Amplitude und der Phase des Magnonmodus herstellen kann. Diese Korrelation kann das Quantenrauschen des Magnonmodus verringern, was zu einem komprimierten Vakuum des Magnonmodus führt.
Aufgrund der Zustandswechsel-Wechselwirkung zwischen Magnonen und Resonator-Mikrowellenphotonen wird auch der Resonatormodus gequetscht, was zu einem gequetschten Vakuum des Mikrowellenresonator-Ausgangsfelds führt. Die Arbeit zeigt, dass das magnetomechanische Hohlraumsystem einige Vorteile gegenüber der am weitesten verbreiteten Methode mit parametrischen Josephson-Verstärkern (JPA) bei der Herstellung von mikrowellengequetschten Zuständen aufweist. Die Arbeitstemperatur von JPA liegt typischerweise bei 10–20 Millikelvin.
Diese Arbeit zeigt, dass das magnetomechanische Hohlraumsystem bei einer Temperatur von 200 Millikelvin mikrowellenkomprimierte Zustände mit dem gleichen Quetschgrad erzeugen kann, wie er von JPA erzeugt wird. Dadurch wird die strenge Anforderung an die Umgebungstemperatur erheblich reduziert. Außerdem erfordert der Betrieb von JPA einen großen Hilfsschaltkreis, während das magnetomechanische Hohlraumsystem viel einfacher ist, was die Kosten des Experiments stark reduziert.
Die Arbeit stellt einen neuen Mechanismus und Ansatz zur Herstellung von mikrowellengequetschten Vakuumzuständen bereit, die viele wichtige Anwendungen in der Mikrowellen-Quanteninformationsverarbeitung und Quantenmetrologie finden werden.
Die Arbeit wird in der Zeitschrift veröffentlicht National Science Review.
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Jie Li et al, Squeezing Microwaves by Magnetostriction, National Science Review (2022). DOI: 10.1093/nsr/nwac247