Perilaku Magnetik Baru yang Ditemukan Dapat Membawa Perangkat Kuantum Berikutnya

Ilmuwan dari Laboratorium Nasional Argonne Departemen Energi AS (DOE) telah menemukan perilaku magnetik yang dapat membawa perangkat kuantum baru. Tim tersebut mencapai kopling kuantum antara dua perangkat magnetik yang berjauhan, yang dapat menampung jenis eksitasi magnetik tertentu yang disebut magnon yang terjadi ketika arus listrik menghasilkan medan magnet. Dengan mengkopel perangkat magnetik ini, magnon dapat bertukar energi dan informasi, yang dapat digunakan untuk membuat perangkat teknologi kuantum baru.

Penelitian ini diterbitkan di Physical Review Letters.

Mengembangkan Magnetisme dan Perangkat Kuantum

Pengembangan baru ini membawa maju bidang magnetisme, yang telah menjadi kekuatan pendorong di balik banyak penemuan penting, seperti yang melibatkan mesin MRI dan penyimpanan disk komputer.

Valentine Novosad adalah ilmuwan senior Argonne dan penulis studi ini.

“Kopling jarak jauh dari magnon adalah langkah pertama, atau hampir sebuah prasyarat, untuk melakukan pekerjaan kuantum dengan sistem magnetik,” kata Novosad. “Kami menunjukkan kemampuan bagi magnon untuk berkomunikasi secara instan dengan jarak jauh.”

Komunikasi instan ini dapat terjadi tanpa memerlukan pengiriman pesan antara magnon yang terbatas oleh kecepatan cahaya.

Peneliti membangun atas studi 2019 di mana mereka mengembangkan sistem yang akan memungkinkan eksitasi magnetik untuk berbicara dengan jarak jauh dalam sirkuit superkonduktor, yang dapat memungkinkan magnon untuk membentuk dasar dari jenis komputer kuantum. Namun, komputer kuantum yang layak akan memerlukan partikel untuk dikopel dan tetap terkoppel selama waktu yang lama.

Mencapai Efek Kopling Kuat

Tim tersebut berusaha untuk mencapai efek kopling kuat ini dengan membangun sirkuit superkonduktor. Mereka menggunakan dua bola magnetik kecil yttrium iron garnet (YIG) yang tertanam pada sirkuit. Bahan ini mendukung eksitasi magnetik dan menghasilkan kopling yang efisien dan rendah kehilangan untuk bola magnetik.

Peneliti mencapai kopling kuat antara dua bola, bahkan pada jarak hanya satu sentimeter, dengan mengkopel magnetik dua bola ke resonator superkonduktor bersama dalam sirkuit.

Yi Li adalah ilmuwan bahan Argonne dan penulis utama studi ini.

“Ini adalah pencapaian yang signifikan,” kata Li. “Efek serupa juga dapat diamati antara magnon dan resonator superkonduktor, tetapi kali ini kami melakukannya antara dua resonator magnon tanpa interaksi langsung. Kopling ini berasal dari interaksi tidak langsung antara dua bola dan resonator superkonduktor bersama.”

Salah satu pengembangan penting dari studi baru ini, dibandingkan dengan yang pada 2019, adalah bahwa ada koherensi yang lebih lama dari magnon dalam resonator magnetik.

“Jika Anda berbicara di dalam gua, Anda mungkin mendengar gema,” kata Novosad. “Semakin lama gema itu bertahan, semakin lama koherensi.”

“Sebelumnya, kami pasti melihat hubungan antara magnon dan resonator superkonduktor, tetapi dalam studi ini waktu koherensi mereka jauh lebih lama karena penggunaan bola, yang mengapa kami dapat melihat bukti magnon terpisah yang berbicara dengan satu sama lain,” Li melanjutkan.

Li mengatakan bahwa studi ini dapat membawa perangkat kuantum miniatur karena putaran magnetik sangat terkonsentrasi dalam perangkat.

“Memungkinkan bahwa magnet kecil dapat menyimpan rahasia untuk komputer kuantum baru,” Li menyimpulkan.