Κβαντικός υπολογισμός
Νεοανακαλυφθείσα μαγνητική συμπεριφορά μπορεί να οδηγήσει σε κβαντικές συσκευές επόμενης γενιάς
Προσθέστε το Unite.AI στις προτιμώμενες πηγές σας στο Google
Επιστήμονες από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE) στο Εργαστήριο Argonne ανακάλυψαν μαγνητική συμπεριφορά που μπορεί να οδηγήσει σε νέες κβαντικές συσκευές. Η ομάδα πέτυχε κβαντική σύζευξη μεταξύ δύο μακρινών μαγνητικών συσκευών, οι οποίες μπορούν να φιλοξενήσουν ένα συγκεκριμένο είδος μαγνητικών διεγέρσεων που ονομάζονται μαγνόνια, τα οποία συμβαίνουν όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο. Με τη σύζευξη αυτών των μαγνητικών συσκευών, τα μαγνόνια μπορούν να ανταλλάσσουν ενέργεια και πληροφορίες, οι οποίες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία νέων κβαντικών συσκευών.
Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Physical Review Letters.
Προώθηση του Μαγνητισμού και των Κβαντικών Συσκευών
Η νέα ανάπτυξη προωθεί το πεδίο του μαγνητισμού, το οποίο υπήρξε η κινητήρια δύναμη πίσω από πολλές σημαντικές ανακαλύψεις, όπως αυτές που αφορούν τις μηχανές MRI και την αποθήκευση σκληρών δίσκων υπολογιστών.
Ο Valentine Novosad είναι ανώτερος επιστήμονας στο Argonne και συγγραφέας της μελέτης.
«Η απομακρυσμένη σύζευξη των μαγνονίων είναι το πρώτο βήμα, ή σχεδόν προαπαιτούμενο, για την εκτέλεση κβαντικής έρευνας με μαγνητικά συστήματα», είπε ο Novosad. «Δείχνουμε την ικανότητα των μαγνονίων να επικοινωνούν άμεσα μεταξύ τους σε απόσταση.»
Αυτή η άμεση επικοινωνία μπορεί να πραγματοποιηθεί χωρίς να απαιτείται η αποστολή ενός μηνύματος μεταξύ μαγνονίων που περιορίζεται από την ταχύτητα του φωτός.
Οι ερευνητές χτίσανε πάνω σε μια μελέτη του 2019, όπου ανέπτυξαν ένα σύστημα που θα επέτρεπε τις μαγνητικές διεγέρσεις να μιλήσουν μεταξύ τους σε απόσταση σε ένα υπεραγώγιμο κύκλωμα, το οποίο θα μπορούσε να επιτρέψει τα μαγνόνια να αποτελέσουν τη βάση ενός είδους κβαντικού υπολογιστή. Ωστόσο, ένας τέτοιος βιώσιμος κβαντικός υπολογιστής θα απαιτούσε τα σωματίδια να είναι συνδεδεμένα και να παραμείνουν συνδεδεμένα για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Επίτευξη Ισχυρής Σύζευξης
Η ομάδα έθεσε ως στόχο να επιτύχει αυτή τη ισχυρή σύζευξη κατασκευάζοντας ένα υπεραγώγιμο κύκλωμα. Χρησιμοποίησαν δύο μικρές μαγνητικές σφαίρες από γρανάτη υττρίου-σιδήρου (YIG) που ενσωματώθηκαν στο κύκλωμα. Το υλικό υποστηρίζει μαγνονικές διεγέρσεις και οδηγεί σε αποτελεσματική και χαμηλής απώλειας σύζευξη για τις μαγνητικές σφαίρες.
Οι ερευνητές πέτυχαν ισχυρή σύζευξη μεταξύ των δύο σφαιρών, ακόμη και σε απόσταση ενός εκατοστού, μαγνητικά συνδέοντας τις δύο σφαίρες με ένα κοινό υπεραγώγιμο συντονιστή στο κύκλωμα.
Ο Yi Li είναι επιστήμονας υλικών στο Argonne και ο κύριος συγγραφέας της μελέτης.
«Αυτή είναι μια σημαντική επίτευξη», είπε ο Li. «Παρόμοιες επιδράσεις μπορούν επίσης να παρατηρηθούν μεταξύ μαγνονίων και υπεραγώγιμων συντονιστών, αλλά αυτή τη φορά το κατορθώσαμε μεταξύ δύο μαγνονικών συντονιστών χωρίς άμεση αλληλεπίδραση. Η σύζευξη προέρχεται από την έμμεση αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο σφαιρών και του κοινού υπεραγώγιμου συντονιστή.»
Μια από τις σημαντικές αναπτύξεις της νέας μελέτης, σε σύγκριση με αυτή του 2019, είναι ότι υπήρχε μεγαλύτερη συνοχή των μαγνονίων στον μαγνητικό συντονιστή.
«Εάν μιλήσετε σε μια σπηλιά, μπορείτε να ακούσετε μια ηχώ», είπε ο Novosad. «Οσο μεγαλύτερη είναι η διάρκεια της ηχούς, τόσο μεγαλύτερη είναι η συνοχή.»
«Πριν, είχαμε σίγουρα δει μια σχέση μεταξύ μαγνονίων και ενός υπεραγώγιμου συντονιστή, αλλά σε αυτή τη μελέτη οι χρόνοι συνοχής είναι πολύ μεγαλύτεροι λόγω της χρήσης των σφαιρών, γι’ αυτό μπορούμε να δούμε ενδείξεις για μαγνόνια που μιλήσουν μεταξύ τους», συνέχισε ο Li.
Ο Li λέει ότι η μελέτη θα μπορούσε να οδηγήσει σε μικροσκοπικές κβαντικές συσκευές λόγω του ότι τα μαγνητικά σπιν είναι τόσο πυκνά συγκεντρωμένα στη συσκευή.
«Είναι πιθανό ότι μικροί μαγνήτες θα κρατήσουν το μυστικό για νέους κβαντικούς υπολογιστές», ολοκλήρωσε ο Li.
