Quantum tomography of magnons using Brillouin light scattering

马格农 布里渊区 布里渊散射 光散射 断层摄影术 光学 物理 散射 凝聚态物理 激光器 铁磁性
作者
Sanchar Sharma,Silvia Viola Kusminskiy,Victor A. S. V. Bittencourt
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:110 (1) 被引量:3
标识
DOI:10.1103/physrevb.110.014416
摘要

Quantum magnonics, an emerging field focusing on the study of magnons for quantum applications, requires precise measurement methods capable of resolving single magnons.Existing techniques introduce additional dissipation channels and are not apt for magnets in free space.Brillouin light scattering (BLS) is a well-established technique for probing the magnetization known for its high sensitivity and temporal resolution.The coupling between magnons and photons is controlled by a laser input, so it can be switched off when a measurement is not needed.In this article, we theoretically investigate the efficacy of BLS for quantum tomography of magnons.We model a finite optomagnonic waveguide, including the optical noise added by the dielectric, to calculate the signalto-noise ratio (SNR).We find that the SNR is typically low due to a small magneto-optical coupling; nevertheless, it can be significantly enhanced by injecting squeezed vacuum into the waveguide.We reconstruct the density matrix of the magnons from the statistics of the output photons using a maximum likelihood estimate.The classical component of a magnon state, defined as the regions of positive Wigner function, can be reconstructed with a high accuracy while the non-classical component necessitates either a higher SNR or a larger dataset.The latter requires more compact data structures and advanced algorithms for post-processing.The SNR is limited partially by the input laser power that can be increased by designing the optomagnonic cavity with a heat sink.
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