Nouveau comportement magnétique découvert, susceptible de conduire aux prochains dispositifs quantiques de nouvelle génération

Les scientifiques du Département de l’énergie des États-Unis (DOE) du laboratoire national d’Argonne ont découvert un comportement magnétique qui pourrait conduire à de nouveaux dispositifs quantiques. L’équipe a réalisé un couplage quantique entre deux dispositifs magnétiques distants, qui peuvent héberger un type spécifique d’excitations magnétiques appelées magnons qui se produisent lorsque un courant électrique génère un champ magnétique. En couplant ces dispositifs magnétiques, les magnons peuvent échanger de l’énergie et des informations, ce qui pourrait être utilisé pour créer de nouveaux dispositifs technologiques quantiques.

La recherche a été publiée dans Physical Review Letters.

Amélioration du magnétisme et des dispositifs quantiques

Le nouveau développement fait progresser le domaine du magnétisme, qui a été la force motrice derrière de nombreuses découvertes importantes, telles que celles relatives aux machines d’imagerie par résonance magnétique et au stockage de disques durs d’ordinateurs.

Valentine Novosad est un scientifique senior d’Argonne et auteur de l’étude.

« Le couplage à distance des magnons est le premier pas, ou presque une condition préalable, pour effectuer un travail quantique avec des systèmes magnétiques », a déclaré Novosad. « Nous montrons la capacité de ces magnons à communiquer instantanément les uns avec les autres à distance. »

Cette communication instantanée peut se produire sans nécessiter l’envoi d’un message entre les magnons limité par la vitesse de la lumière.

Les chercheurs ont établi un système en 2019 qui permettrait aux excitations magnétiques de communiquer à distance dans un circuit supraconducteur, ce qui pourrait permettre aux magnons de former la base d’un type d’ordinateur quantique. Cependant, un tel ordinateur quantique viable nécessiterait que les particules soient couplées et restent couplées pendant une longue période.

Réalisations de l’effet de couplage fort

L’équipe a cherché à réaliser cet effet de couplage fort en construisant un circuit supraconducteur. Ils ont utilisé deux petites sphères magnétiques en granat de fer d’yttrium (YIG) intégrées dans le circuit. Le matériau supporte l’excitation magnonique et donne lieu à un couplage efficace et à faible perte pour les sphères magnétiques.

Les chercheurs ont réalisé un couplage fort entre les deux sphères, même à une distance d’un centimètre, en couplant magnétiquement les deux sphères à un résonateur supraconducteur partagé dans le circuit.

Yi Li est un scientifique des matériaux d’Argonne et auteur principal de l’étude.

« C’est une réalisation importante », a déclaré Li. « Des effets similaires peuvent également être observés entre les magnons et les résonateurs supraconducteurs, mais cette fois, nous l’avons fait entre deux résonateurs magnoniques sans interaction directe. Le couplage provient de l’interaction indirecte entre les deux sphères et le résonateur supraconducteur partagé. »

L’une des réalisations importantes de la nouvelle étude, par rapport à celle de 2019, est qu’il y a eu une plus longue cohérence des magnons dans le résonateur magnétique.

« Si vous parlez dans une grotte, vous pouvez entendre un écho », a déclaré Novosad. « Plus longtemps dure l’écho, plus longue est la cohérence. »

« Avant, nous avons certainement vu une relation entre les magnons et un résonateur supraconducteur, mais dans cette étude, leurs temps de cohérence sont beaucoup plus longs en raison de l’utilisation des sphères, c’est pourquoi nous pouvons voir des preuves de magnons séparés qui communiquent les uns avec les autres », a continué Li.

Li déclare que l’étude pourrait conduire à des dispositifs quantiques miniaturisés en raison de la concentration élevée des spins magnétiques dans l’appareil.

« Il est possible que de minuscules aimants détiennent le secret de nouveaux ordinateurs quantiques », a conclu Li.