Uudelleen löydetyt magneettiset ominaisuudet voivat johtaa seuraavan sukupolven kvanttilaitteisiin

Yhdysvaltain energiaministeriön (DOE) Argonne National Laboratoryn tutkijat ovat löytäneet magneettisen käyttäytymisen, joka voi johtaa uusiin kvanttilaitteisiin. Tutkijaryhmä saavutti kvanttivälittymän kahden kaukaisen magneettisen laitteen välillä, jotka voivat isännöidä tietyn tyyppisiä magneettisia ärsykkeisiä, magnoneja, jotka tapahtuvat, 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, kvanttitöiden 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 kehittivät järjestelmän, joka mahdollistaisi magneettisten ärsykkeiden kommunikoinnin etäältä suprajohtavan piirin avulla, mikä voisi mahdollistaa magnonien muodostaa tietyn tyyppisen kvanttitietokoneen perustan. Kuitenkin sellaisen toimivan kvanttitietokoneen toteuttamiseksi hiukkasten on oltava kytketty ja pysyttävä kytkettyä pitkän ajan.

Vahvan kytkentävaikutuksen saavuttaminen

Tutkijaryhmä pyrki saavuttamaan tämän vahvan kytkentävaikutuksen rakentamalla suprajohtavan piirin. He käyttivät kahta pientä yttriumrauta-granaattia (YIG) magneettista palloa, jotka oli upotettu piiriin. Materiaali tukee magnonien ärsytystä ja johtaa tehokkaaseen ja vähäiseen kytkentähäviöön magneettisille palloille.

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

Yi Li on Argonnen materiaalitutkija ja tutkimuksen pääkirjoittaja.

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

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

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

“Aikaisemmin näimme selvän suhteen magnonien ja suprajohtavan resonanssin välillä, mutta tässä tutkimuksessa heidän koherenssiajat ovat paljon pidemmät pallien käytön ansiosta, miksi 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.