Dynamics of quantum entanglement and Bell nonlocality in magnetic systems
Tid: Må 2024-06-10 kl 09.15
Plats: E3, Osquars backe 14, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Fysik, Teoretisk fysik
Respondent: Yuefei Liu , Tillämpad fysik, Light and Matter Physics - Materials theory group
Opponent: Prof. Wolfgang Belzig,
Handledare: Anna Delin, Tillämpad fysik; Prof. Erik Sjöqvist, ; Prof. Olle Eriksson, ; Vahid Azimi Mousolou,
QC 2024-05-23
Abstract
I denna doktorsavhandling fördjupar sig författaren först i kvantmagnonikens värld, med fokus på dynamiken och egenskaperna hos magnonmoder och hybridkvantmodeller. Avhandlingen introducerar ett omfattande tillvägagångssätt för att studera både ferromagnetiska och antiferromagnetiska magnonsystem med hjälp av verktyg från kvantmekaniken, såsom andrakvantisering av spinn-Hamiltonianen (Holstein-Primakoff-transformationen) och Bogoliubov-transformationen. Detta tillvägagångssätt möjliggör en precis karaktärisering av olika kopplingsinteraktioner, vilket återspeglar symmetriegenskaperna hos materialets gitter. Specifikt undersöker författaren hur dessa interaktioner möjliggör förberedelse av riktade isolerade magnon- (eller boson-) modeller, vilket underlättar kontrollen av vakuum- och exciterade tillstånd. Avhandlingen presenterar en detaljerad analys av kvantsammanflätningens entropi för magnonmoder i antiferromagnetiska (AFM) material, och lyfter fram rollen hos utbytes- och Dzyaloshinskii-Moriya-kopplingstermer (DM). Dessutom föreslår avhandlingen en ny kavitetsmagnonisk uppställning som utnyttjar frihetsgraden för kavitetsfotoner för att experimentellt mäta sammanflätning i AFM-magnonmoder. Avhandlingen behandlar även dynamiken för magnon-magnon-fononmodellen i AFM-gitter med hjälp av kvant-Langevinekvationerna. Med den stationära lösningen av kvant-Langevinekvationerna bedömer man hur yttre magnetfält och temperaturberoende brus påverkar magnon-magnonsammanflätningen i AFM-gitter, vilket leder till kvantsammanflätning vid höga temperaturer i antiferromagneter under vissa förhållanden.
Från magnoner till magnetiska spinnsystem analyserar en del av avhandlingen spinndynamiken som beskrivs av Landau-Lifshitz-ekvationerna under det kvantmekaniska ramverket, vilket utforskar implikationerna av Landau-Lifshitz-ekvationerna för kvantdynamik. Författaren och hans kollegor föreslår en kvantanalog av Landau-Lifshitz-Gilbert-ekvationen som en effektiv ekvation för kvantbitdynamik, vilken inte har någon inneboende informationsförlust (bevarar renheten hos kvanttillstånd) och är snabbare än klassisk Landau-Lifshitz-Gilbert spinndynamik. Det erbjuder en lovande riktning för vidare teoretiska och experimentella undersökningar. Dynamiken för kvantkorrelation i dimersystem studeras, vilket ger insikter i beteendet hos både rena och blandade tillstånd.
Denna avhandling främjar inte bara vår förståelse av kvantsammanflätning och icke-lokalitet i kvantmagnonik och spinndynamik utan också lägger grunden för framtida undersökningar av kvantmekaniska egenskaper hos nya material och deras tillämpningar inom kvantinformationsvetenskap. De metoder och resultat som diskuteras här banar väg för utvecklingen av mer sofistikerade kvantteknologier och bidrar till det bredare fältet av kvantmaterialforskning.