在量子光学与量子信息领域，二体相互作用（如Jaynes-Cummings模型）已得到广泛研究与应用。然而，随着量子计算与量子模拟对复杂相互作用的需求日益增长，三体及多体相互作用成为实现高级量子功能的关键。传统方案多依赖多个二体耦合的级联，效率低且易受噪声影响。如何在固态系统中直接实现强且可调的三体相互作用，成为当前量子技术发展的前沿课题。

研究团队提出了一种创新的混合系统：将一个三能级氮空位中心耦合到两个钇铁石榴石球中的磁子模式。磁子作为自旋波的量子，具有低损耗、易调控的特点，而氮空位中心则以其长相干时间成为理想的量子接口。通过将磁子驱动至远离共振的色散区域，团队成功绝热消除了氮空位中心的基态，从而在剩余的两个激发态之间构建出一个有效的二能级“量子比特”，并与两个磁子模式形成三体相互作用。

研究的关键突破在于利用了磁子的克尔非线性效应。在强微波驱动下，磁子表现出非线性频率移动，并可通过线性化处理等效为“压缩磁子”。研究显示，对两个磁子模式同时进行压缩变换，可使三体耦合强度得到双重指数增强，增强因子高达exp(2ξ)，远超传统单一压缩方案[仅增强exp(2ξ)]。这一机制大幅降低了对压缩参数的要求，使实验实现更加可行。

研究团队通过数值模拟与解析分析证明，在增强后的三体耦合作用下，系统可在极短时间内实现高品质的三体纠缠。纠缠态在共振条件下表现稳健，且对频率失谐具有一定的鲁棒性。

此外，团队还在该系统中理论预测了完美磁子阻断现象。在适当参数条件下，系统可通过量子路径干涉抑制双磁子激发，实现g⁽²⁾(0)≈0的强反聚束效应。研究进一步表明，该阻断效应在低于约30mK的温度下具有良好的噪声容忍性，为在真实实验环境中实现单磁子源提供了可能。

该方案的核心优势在于显著降低了实现强三体耦合的实验难度。通过联合压缩机制，仅需中等压缩参数即可实现大幅增强的耦合强度与协作度，这为在现有固态量子平台（如超导电路、集成磁子器件）中实现高效多体相互作用提供了可行路径。

该工作以题为“Exponentially enhanced tripartite coupling in quantum nonlinear magnonics”于2025年12月23日在线发表于物理权威期刊《Physical Review A》，数理学院23级物研（学硕）陈雪纯为论文第一作者，熊伟副教授和陈姣姣博士为论文共同通讯作者，24级物研汪子杰、郑圣博为参与作者。该研究得到了浙江省自然科学基金、浙江省重大研发计划以及深圳国际量子研究院等项目的支持。

原文链接：https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/cbrb-8xkh