Äsja avastatud magnetkäitumine võib viia järgmise põlvkonna kvantseadmeteni

USA energeetikaministeeriumi (DOE) Argonne'i riikliku labori teadlased on avastanud magnetilise käitumise, mis võib viia uute kvantseadmeteni. Meeskond saavutas kvantsidestamise kahe kauge magnetseadme vahel, mis võivad vastu võtta teatud tüüpi magnetilisi ergutusi, mida nimetatakse magnoonideks, mis tekivad siis, kui elektrivool tekitab magnetvälja. Neid magnetseadmeid ühendades saavad magnonid vahetada energiat ja teavet, mida saaks kasutada uute kvanttehnoloogia seadmete loomiseks. 

Uuring avaldati aastal Physical Review Letters. 

Magnetismi ja kvantseadmete arendamine

Uus arendus viib edasi magnetismi valdkonda, mis on olnud paljude oluliste avastuste, näiteks MRI-aparaatide ja arvuti kõvakettasalvestusega seotud avastuste liikumapanev jõud. 

Valentine Novosad on Argonne'i vanemteadur ja uuringu autor. 

"Magneonide kaugsidestamine on magnetsüsteemidega kvanttöö tegemise esimene samm või peaaegu eeltingimus," ütles Novosad. "Näitame nende magnonite võimet üksteisega vahemaa tagant kohe suhelda." 

See vahetu suhtlus võib toimuda ilma valguse kiirusega piiratud magnonite vahel sõnumi saatmiseta. 

Teadlased põhinesid 2019. aasta uuringul, kus nad töötasid välja süsteemi, mis võimaldaks magnetilistel ergutustel ülijuhtivas ahelas üksteisega distantsilt rääkida, mis võimaldaks magnonitel moodustada teatud tüüpi kvantarvuti aluse. Selline elujõuline kvantarvuti eeldaks aga osakeste sidestamist ja nende püsimist pikka aega. 

Tugeva sidumisefekti saavutamine

Meeskond püüdis seda tugevat sidumisefekti saavutada ülijuhtiva vooluringi ehitamisega. Nad kasutasid kahte väikest ütriumraudgranaadi (YIG) magnetsfääri, mis olid vooluringi manustatud. Materjal toetab magnoonilist ergastust ning tagab magnetsfääride tõhusa ja väikese kadudega ühenduse. 

Teadlased saavutasid kahe sfääri vahelise tugeva sideme isegi vaid sentimeetri kaugusel, ühendades kaks sfääri magnetiliselt vooluringis ühise ülijuhtiva resonaatoriga. 

Yi Li on Argonne'i materjalide teadlane ja uuringu juhtiv autor. 

"See on märkimisväärne saavutus," ütles Li. «Sarnaseid efekte võib täheldada ka magnonite ja ülijuhtivate resonaatorite vahel, kuid seekord tegime seda kahe magnoonresonaatori vahel ilma otsese interaktsioonita. Side tuleneb kahe sfääri ja jagatud ülijuhtiva resonaatori vahelisest kaudsest interaktsioonist. 

Uue uuringu üks olulisi arenguid võrreldes 2019. aasta uuringuga on see, et magnetresonaatoris oli magnoonide suurem koherentsus. 

"Kui räägite koopas, võite kuulda kaja," ütles Novosad. "Mida kauem see kaja kestab, seda pikem on sidusus." 

"Varem nägime kindlasti seost magnonite ja ülijuhtiva resonaatori vahel, kuid selles uuringus on nende koherentsusajad sfääride kasutamise tõttu palju pikemad, mistõttu võime näha tõendeid eraldatud magnonite omavahelist rääkimise kohta," Li. jätkus. 

Li ütleb, et uuring võib viia miniatuursete kvantseadmeteni, kuna magnetilised spinnid on seadmes nii kõrgelt kontsentreeritud. 

"Võimalik, et pisikesed magnetid võivad hoida uute kvantarvutite saladust," järeldas Li.