양자 컴퓨팅
새로 발견된 자기 현상은 차세대 양자 장치로 이어질 수 있다
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미국 에너지부(DOE)의 아고네 국립 연구소(Argonne National Laboratory)의 과학자들은 새로운 자기 현상을 발견했으며, 이는 새로운 양자 장치로 이어질 수 있다. 연구팀은 서로 멀리 떨어진 두 자기 장치를 양자 결합시켰으며, 이는 특정 유형의 자기 여기인 마그논(magnon)을 호스트할 수 있다. 마그논은 전류가 자기장을 생성할 때 발생한다. 이러한 자기 장치를 결합하면 마그논이 에너지와 정보를 교환할 수 있으며, 이는 새로운 양자 기술 장치를 생성하는 데 사용될 수 있다.
이 연구는 물리학 리뷰 레터(Physical Review Letters)에 발표되었다.
자기와 양자 장치의 발전
새로운 발전은 자기 분야를 앞으로 나아가게 하는데, 이는 많은 중요한 발견의 원동력이 되었다. 예를 들어, MRI 기계와 컴퓨터 하드 디스크 저장과 관련된 발견이 있다.
발렌타인 노보사드(Valentine Novosad)는 아고네의 선임 과학자이자 연구의 저자이다.
“마그논의 원격 결합은 자기 시스템으로 양자 연구를 수행하기 위한 첫 번째 단계 또는 거의 필수적인 조건입니다,” 노보사드는 말했다. “우리는 마그논이 멀리서 즉시 서로 통신할 수 있는 능력을 보여줍니다.”
이 즉각적인 통신은 마그논 사이에서 제한된 빛의 속도로 메시지를 보내는 것을 필요로 하지 않는다.
연구자들은 2019년 연구를 바탕으로 이번 연구를 진행했다. 당시에는 자기 여기가 초전도 회로에서 멀리서 서로 통신할 수 있는 시스템을 개발했다. 이는 마그논이 양자 컴퓨터의 기초를 형성할 수 있다. 그러나 이러한 양자 컴퓨터를 구축하려면 입자가 결합되어야 하며, 오랜 시간 동안 결합되어야 한다.
강한 결합 효과를 달성하다
연구팀은 초전도 회로를 구축하여 강한 결합 효과를 달성하기 위해 노력했다. 그들은 두 개의 작은 이트륨 철 가넷(YIG) 자기 구를 회로에 내장했다. 이 물질은 마그논 여기를 지원하며, 자기 구에 효율적이고 저손실의 결합을 제공한다.
연구자들은 두 구를 회로의 공통 초전도 공진기에 자기적으로 결합시켜, 불과 1센티미터 떨어진 두 구 사이에서도 강한 결합을 달성했다.
이 리는 아고네의 재료 과학자이자 연구의 주요 저자이다.
“이것은 중요한 성과입니다,” 리는 말했다. “마그논과 초전도 공진기 사이에서 유사한 효과를 관찰할 수 있지만, 이번에는 직접 상호작용 없이 두 개의 마그논 공진기 사이에서 이를 달성했다. 결합은 두 개의 구와 공유 초전도 공진기 사이의 간접 상호작용에서 비롯된다.”
2019년 연구와 비교해 이번 연구의 중요한 진전 중 하나는 자기 공진기 안의 마그논의 결맞음 시간이 길어졌다는 것이다.
“만약 당신이 동굴에서 말한다면, 당신은 메아리를 들을 수 있다,” 노보사드는 말했다. “메아리가 지속되는 시간이 더 길수록 결맞음 시간이 더 길다.”
“이전에는 마그논과 초전도 공진기 사이에서 관계를 보았지만, 이번 연구에서는 구를 사용하여 결맞음 시간이 더 길다. 이것은 왜 우리는 분리된 마그논이 서로 통신하는 증거를 볼 수 있는지 설명한다,” 리는 말했다.
리는 다음과 같이 말했다. 이 연구는 자기 스핀을 장치에 매우 집중시킴으로써 미니어처 양자 장치를 생성할 수 있다.
“작은 자석이 새로운 양자 컴퓨터의 비밀을 간직하고 있을 수 있다,” 리는 말했다.
