سلوك مغناطيسي جديد يُكتشف قد يؤدي إلى أجهزة كمومية الجيل التالي

اكتشف علماء من مختبر أرغون الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية سلوكًا مغناطيسيًا قد يؤدي إلى أجهزة كمومية جديدة. حقق الفريق ربط كمومي بين جهازين مغناطيسيين منفصلين، يمكنهما استضافة نوع معين من الإثارات المغناطيسية تسمى الماجنونات التي تحدث عندما يولد تيار كهربائي حقل مغناطيسي. من خلال ربط هذه الأجهزة المغناطيسية، يمكن للماجنونات تبادل الطاقة والمعلومات، والتي يمكن استخدامها لإنشاء أجهزة تقنية كمومية جديدة.

نُشر البحث في Physical Review Letters.

تقدم المغناطيسية والأجهزة الكمومية

يحمل التطور الجديد إلى الأمام مجال المغناطيسية، الذي كان وراء العديد من الاكتشافات المهمة، مثل تلك المتعلقة بأجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي وتخزين القرص الصلب للحاسوب.

فالنتين نوفوساد هو عالم أول في أرغون ومؤلف الدراسة.

“الاقتران عن بُعد للماجنونات هو الخطوة الأولى، أو شبه شرط مسبق، للبحث الكمومي مع الأنظمة المغناطيسية”، قال نوفوساد. “نحن نُظهر القدرة على هذه الماجنونات للتواصل على الفور مع بعضها البعض على مسافة.”

يمكن أن يحدث هذا التواصل الفوري بدون الحاجة إلى إرسال رسالة بين الماجنونات المحدودة بسرعة الضوء.

استند الباحثون إلى دراسة عام 2019 حيث طوروا نظامًا سيسمح للماجنونات بالتحدث مع بعضها البعض على مسافة في دائرة فائقة التوصيل، مما يمكن أن يسمح للماجنونات بأن تكون أساسًا لنوع من الحواسيب الكمومية. ومع ذلك، فإن الحاسوب الكمومي القابل للتشغيل سيتطلب من الجسيمات أن تكون مترابطة وتبقى مترابطة لفترة طويلة.

تحقيق تأثير الربط القوي

سعى الفريق لتحقيق هذا التأثير القوي من خلال بناء دائرة فائقة التوصيل. استخدموا كرتين مغناطيسيتين صغيرتين من غارنيت الإيتريوم والحديد (YIG) مدمجتين في الدائرة. تدعم المادة الإثارة الماجنونية وينتج ربطًا فعالًا وذو خسارة منخفضة للكرات المغناطيسية.

حقّق الباحثون ربطًا قويًا بين الكرتين، حتى على مسافة سنتيمتر واحد فقط، من خلال ربط الكرتين المغناطيسيتين برنانة فائقة التوصيل مشتركة في الدائرة.

يي لي هو عالم مواد في أرغون ومؤلف الدراسة الرئيسي.

“هذا إنجاز كبير”، قال لي. “يمكن ملاحظة تأثيرات مماثلة بين الماجنونات والرنانات الفائقة التوصيل، ولكننا فعلنا ذلك بين رنانين ماجنونيين بدون تفاعل مباشر. يأتي الربط من التفاعل غير المباشر بين الكرتين والرنانة الفائقة التوصيل المشتركة.”

من التطورات المهمة في الدراسة الجديدة، عند مقارنتها بالدراسة عام 2019، هو أن هناك مدة تماسك أطول للماجنونات في الرنان المغناطيسي.

“إذا تكلمت في كهف، قد تسمع صدى”، قال نوفوساد. “كلما استمر الصدى، زادت التماسك.”

“في الماضي، رأينا بالفعل علاقة بين الماجنونات والرنانة الفائقة التوصيل، ولكن في هذه الدراسة، أوقات المدة تماسك أطول بسبب استخدام الكرات، وهذا هو السبب في أننا يمكن أن نرى دليلًا على ماجنونات منفصلة تتحدث مع بعضها البعض”، واصل لي.

يقول لي إن الدراسة يمكن أن تؤدي إلى أجهزة كمومية مصغرة بسبب تركيز اللف المغزلي المغناطيسي بدرجة عالية في الجهاز.

“من المحتمل أن تحمل المغناطيسات الصغيرة سرّ حواسيب كمومية جديدة”، ختم لي.