Äskettäin havaittu magneettinen käyttäytyminen voi johtaa seuraavan sukupolven kvanttilaitteisiin

Yhdysvaltain energiaministeriön (DOE) Argonne National Laboratoryn tutkijat ovat löytäneet magneettisen käyttäytymisen, joka voi johtaa uusiin kvanttilaitteisiin. Tutkijaryhmä saavutti kvanttikytkennän kahden kaukaisen magneettisen laitteen välillä, jotka voivat ylläpitää magnoneiksi kutsuttuja magneettisia virityksiä, joita syntyy, kun sähkövirta luo magneettikentän. Kytkemällä nämä magneettiset laitteet, magnonit voivat vaihtaa energiaa ja tietoa, mikä voisi olla käytettävissä uusien kvanttilaitteiden luomiseen.

Tutkimus julkaistiin Physical Review Letters -julkaisussa.

Magneettisuuden ja kvanttilaitteiden kehittäminen

Uusi kehitys edistää magneettisuuden alaa, joka on ollut useiden tärkeiden löytöjen taustalla, kuten MRI-koneissa ja tietokoneiden kiintolevyjen tallennuksessa.

Valentine Novosad on Argonnen vanhempi tutkija ja tutkimuksen kirjoittaja.

“Magnonien etäkytkentä on ensimmäinen askel, tai melkein edellytys, kvanttitutkimuksen tekemiseen magneettisilla järjestelmillä”, Novosad sanoi. “Osoitamme magnonien kyvyn kommunikoida välittömästi toistensa kanssa etäältä.”

Tämä välitön viestintä voi tapahtua ilman viestin lähettämistä magnonien välillä valon nopeuden rajoituksessa.

Tutkijat jatkoivat vuoden 2019 tutkimusta, jossa he kehittivät järjestelmän, joka mahdollistaisi magneettisten viritysten kommunikoinnin etäältä suprajohtavan piirin avulla, mikä voisi mahdollistaa magnonien muodostaa tietyn tyyppisen kvanttitietokoneen perustan. Kuitenkin sellaisen toimivan kvanttitietokoneen toteuttamiseksi hiukkasten on oltava kytkeytyneitä ja pysyttävä kytkeytyneinä pitkään.

Vahvan kytkentävaikutuksen saavuttaminen

Tutkijaryhmä pyrki saavuttamaan tämän vahvan kytkentävaikutuksen rakentamalla suprajohtavan piirin. He käyttivät kahta pientä yttriumrautagranaatista (YIG) valmistettua magneettista palloa, jotka oli upotettu piiriin. Materiaali tukee magnonivirityksiä ja johtaa magneettisten pallojen tehokkaaseen ja vähähäviöiseen kytkentään.

Tutkijat saavuttivat vahvan kytkennän kahden pallon välillä, jopa senttimetrin etäisyydellä, kytkemällä magneettiset pallot yhteiseen suprajohtavaan resonaattoriin piirissä.

Yi Li on Argonnen materiaalitutkija ja tutkimuksen pääkirjoittaja.

“Tämä on merkittävä saavutus”, Li sanoi. “Samankaltaisia vaikutuksia voidaan havaita myös magnonien ja suprajohtavien resonaattorien välillä, mutta tässä tapauksessa teimme sen kahden magnoniresonanssin välillä ilman suoraa vuorovaikutusta. Kytkentä tulee epäsuorasta vuorovaikutuksesta kahden pallon ja yhteisen suprajohtavan resonaattorin välillä.”

Yksi merkittävimmistä kehityksistä uudessa tutkimuksessa, verrattuna vuoden 2019 tutkimukseen, on se, että magnonien koherenssi magneettisessa resonaattorissa oli pidempi.

“Jos puhut luolassa, voit kuulla kaiun”, Novosad sanoi. “Mitä kauemmin tuo kaiku kestää, sitä kauemmin koherenssi.”

“Aikaisemmin näimme selvän suhteen magnonien ja suprajohtavan resonaattorin välillä, mutta tässä tutkimuksessa niiden koherenssiajat ovat paljon pidemmät pallojen käytön ansiosta, minkä vuoksi voimme nähdä todisteita erillisten magnonien välittömästä viestinnästä”, Li jatkoi.

Li sanoo, että tutkimus voisi johtaa miniaturisoiduihin kvanttilaitteisiin magneettisten spinien ollessa niin keskittyneitä laitteessa.

“On mahdollista, että pienet magneetit voivat pitää avaimen uusiin kvanttitietokoneisiin”, Li päättelee.