Nuevo comportamiento magnético descubierto podría llevar a dispositivos cuánticos de próxima generación

Los científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de los EE. UU. (DOE) han descubierto un comportamiento magnético que podría llevar a nuevos dispositivos cuánticos. El equipo logró el acoplamiento cuántico entre dos dispositivos magnéticos distantes, que pueden alojar un tipo específico de excitaciones magnéticas llamadas magnones que ocurren cuando una corriente eléctrica genera un campo magnético. Al acoplar estos dispositivos magnéticos, los magnones pueden intercambiar energía e información, lo que podría utilizarse para crear nuevos dispositivos de tecnología cuántica.

La investigación se publicó en Physical Review Letters.

Avanzando en magnetismo y dispositivos cuánticos

El nuevo desarrollo lleva adelante el campo del magnetismo, que ha sido la fuerza impulsora detrás de muchos descubrimientos importantes, como los relacionados con las máquinas de resonancia magnética y el almacenamiento de discos duros de computadora.

Valentine Novosad es un científico senior de Argonne y autor del estudio.

“El acoplamiento remoto de magnones es el primer paso, o casi un requisito previo, para realizar trabajo cuántico con sistemas magnéticos”, dijo Novosad. “Mostramos la capacidad de estos magnones para comunicarse instantáneamente entre sí a distancia”.

Esta comunicación instantánea puede ocurrir sin requerir el envío de un mensaje entre magnones limitado por la velocidad de la luz.

Los investigadores se basaron en un estudio de 2019 en el que desarrollaron un sistema que permitiría que las excitaciones magnéticas se comunicaran entre sí a distancia en un circuito superconductor, lo que podría permitir que los magnones formaran la base de un tipo de computadora cuántica. Sin embargo, una computadora cuántica viable requeriría que las partículas estuvieran acopladas y permanecieran acopladas durante un período de tiempo prolongado.

Logrando el efecto de acoplamiento fuerte

El equipo se propuso lograr este efecto de acoplamiento fuerte construyendo un circuito superconductor. Utilizaron dos pequeñas esferas magnéticas de granate de hierro ytrio (YIG) incrustadas en el circuito. El material soporta la excitación magnónica y da como resultado un acoplamiento eficiente y de baja pérdida para las esferas magnéticas.

Los investigadores lograron un acoplamiento fuerte entre las dos esferas, incluso a una distancia de solo un centímetro, acoplando magnéticamente las dos esferas a un resonador superconductor compartido en el circuito.

Yi Li es un científico de materiales de Argonne y autor principal del estudio.

“Este es un logro significativo”, dijo Li. “Efectos similares también se pueden observar entre magnones y resonadores superconductores, pero esta vez lo hicimos entre dos resonadores de magnones sin interacción directa. El acoplamiento proviene de la interacción indirecta entre las dos esferas y el resonador superconductor compartido”.

Uno de los desarrollos significativos del nuevo estudio, en comparación con el de 2019, es que hubo una coherencia más larga de los magnones en el resonador magnético.

“Si hablas en una cueva, puedes escuchar un eco”, dijo Novosad. “Cuanto más dure el eco, más larga es la coherencia”.

“Antes, definitivamente vimos una relación entre magnones y un resonador superconductor, pero en este estudio sus tiempos de coherencia son mucho más largos debido al uso de las esferas, por lo que podemos ver evidencia de magnones separados que se comunican entre sí”, continuó Li.

Li dice que el estudio podría llevar a dispositivos cuánticos miniaturizados debido a que los giros magnéticos están tan altamente concentrados en el dispositivo.

“Es posible que los imanes pequeños contengan el secreto de los nuevos ordenadores cuánticos”, concluyó Li.