Магноны и экситоны открывают путь к квантовой связи экспресс
Квантовые компьютеры и датчики работают на микроволновых частотах, но передавать их сигналы на большие расстояния удобно по оптоволокну, где используется свет. Чтобы связать эти два мира, нужен посредник — устройство, которое переводит микроволны в оптические фотоны и обратно, не разрушая хрупкую квантовую информацию.
В новой работе таким посредником стал слоистый кристалл CrSBr. Внутри него под действием микроволн возникают коллективные колебания магнитных моментов — магноны. Эти колебания влияют на электронные возбуждения — экситоны, которые сильно взаимодействуют со светом. В результате отражённый от кристалла лазерный луч приобретает модуляцию: рядом с основной частотой появляются дополнительные полосы. Усиление этого эффекта вблизи экситонных резонансов позволило получить когерентное преобразование без сложных резонаторов.
Такой подход обещает широкую полосу частот — около 300 МГц — и возможность масштабирования. Авторы показали, что несколько экситон-поляритонных резонансов наследуют магнонную связь, что может расширить диапазон оптической настройки и снизить потери. Это шаг к практическим квантовым сетям, где микроволновые кубиты соединяются через оптические каналы.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2604.03441
Coherent interfaces between microwave-frequency quantum systems and low-loss optical links are essential for quantum networks. However, existing microwave-optical transducers often trade conversion efficiency against added noise, bandwidth, and device integrability. Here, we demonstrate coherent microwave-to-optical transduction based on magnon-exciton coupling in the layered antiferromagnet CrSBr. Driving the antiferromagnetic resonance with microwave signals imprints coherent modulation on a reflected optical probe, generating optical sidebands that are resonantly enhanced near excitonic transitions. While prior magnon-based approaches to microwave-to-optical transduction have typically relied on intrinsically weak off-resonant magneto-optical effects (e.g., Faraday rotation), our scheme exploits strong light-matter interactions at exciton resonances. Even in a bulk crystal without cavity enhancement, we observe coherent conversion over an intrinsically broadband window of ~ 300 MHz. We further show that multiple exciton-polariton resonances inherit the magnon-coupled response, suggesting a route to broaden the usable optical detuning range and to mitigate optical dissipation. Our results establish magnon-coupled excitons in layered magnets as a scalable platform for broadband microwave-optical interfaces, with pathways to higher cooperativity via reduced magnetic volume and cavity integration.
CrSBr — слоистый антиферромагнетик, в котором магнитные моменты соседних слоёв направлены противоположно, как стрелки компасов, указывающие в разные стороны.