Nově objevené magnetické chování by mohlo vést k novým kvantovým zařízením

Vědci z Argonne National Laboratory, které patří pod U.S. Department of Energy’s (DOE), objevili magnetické chování, které by mohlo vést k novým kvantovým zařízením. Tým dosáhl kvantového spojení mezi dvěma vzdálenými magnetickými zařízeními, která mohou hostit specifický typ magnetických excitací zvaných magnony, které vznikají, když elektrický proud generuje magnetické pole. Díky spojení těchto magnetických zařízení mohou magnony vyměňovat energii a informace, které by mohly být použity k vytvoření nových kvantových technologií.

Výzkum byl zveřejněn v Physical Review Letters.

Pokroky v magnetismu a kvantových zařízeních

Nový vývoj posunuje dál pole magnetismu, které bylo hnací silou mnoha důležitých objevů, jako jsou ty, které se týkají MRI strojů a počítačových pevných disků.

Valentine Novosad je seniorním vědcem v Argonne a autorem studie.

„Vzdálené spojení magnonů je prvním krokem, nebo téměř předpokladem, pro provádění kvantové práce s magnetickými systémy,“ řekl Novosad. „Prokazujeme schopnost těchto magnonů komunikovat okamžitě navzájem na dálku.“

Tato okamžitá komunikace může probíhat bez nutnosti posílat zprávu mezi magnony omezenou rychlostí světla.

Vědci navázali na studii z roku 2019, ve které vyvinuli systém, který by umožnil magnetickým excitacím komunikovat na dálku v superconducting obvodu, což by mohlo umožnit magnonům vytvořit základ pro určitý typ kvantového počítače. Nicméně, takový životaschopný kvantový počítač by vyžadoval, aby částice byly spojeny a zůstaly spojeny po dlouhou dobu.

Dosažení silného spojovacího efektu

Tým se pokusil dosáhnout tohoto silného spojovacího efektu tím, že postavil superconducting obvod. Použili dva malé magnetické koule z yttrium iron garnetu (YIG) zabudované do obvodu. Materiál podporuje magnonické excitace a vede k efektivnímu a nízkoztrátovému spojení pro magnetické koule.

Vědci dosáhli silného spojení mezi dvěma koulemi, dokonce i na vzdálenost pouhého centimetru, tím, že magneticky spojili obě koule se sdíleným superconducting rezonátorem v obvodu.

Yi Li je materiálovým vědcem v Argonne a vedoucím autorem studie.

„Toto je významné достиžení,“ řekl Li. „Podobné efekty lze také pozorovat mezi magnony a superconducting rezonátory, ale tentokrát jsme to udělali mezi dvěma magnonovými rezonátory bez přímé interakce. Spojení pochází z nepřímé interakce mezi dvěma koulemi a sdíleným superconducting rezonátorem.“

Jednou z významných vývojů nové studie, ve srovnání se studií z roku 2019, je delší koherence magnonů v magnetickém rezonátoru.

„Pokud mluvíte v jeskyni, můžete slyšet ozvěnu,“ řekl Novosad. „Čím déle ozvěna trvá, tím déle koherence.“

„Předtím jsme určitě viděli vztah mezi magnony a superconducting rezonátorem, ale v této studii jsou jejich koherenční časy mnohem delší kvůli použití koulí, což je důvod, proč můžeme vidět důkaz oddělených magnonů, které mluví navzájem,“ pokračoval Li.

Li říká, že studie by mohla vést k miniaturizovaným kvantovým zařízením kvůli tomu, že magnetické spinы jsou tak silně koncentrovány v zařízení.

„Je možné, že malé magnety by mohly držet tajemství nových kvantových počítačů,“ uzavřel Li.