Comportamento Magnético Recém-Descoberto Pode Levar a Dispositivos Quânticos de Próxima Geração

Cientistas do Laboratório Nacional Argonne, do Departamento de Energia dos EUA (DOE), descobriram um comportamento magnético que pode levar a novos dispositivos quânticos. A equipe alcançou o acoplamento quântico entre dois dispositivos magnéticos distantes, que podem hospedar um tipo específico de excitações magnéticas chamadas magnons, que ocorrem quando uma corrente elétrica gera um campo magnético. Ao acoplar esses dispositivos magnéticos, os magnons podem trocar energia e informações, o que pode ser usado para criar novos dispositivos de tecnologia quântica.

A pesquisa foi publicada em Physical Review Letters.

Avançando no Magnetismo e Dispositivos Quânticos

O novo desenvolvimento leva adiante o campo do magnetismo, que tem sido a força motriz por trás de muitas descobertas importantes, como as relacionadas a máquinas de ressonância magnética e armazenamento de disco rígido de computador.

Valentine Novosad é um cientista sênior do Argonne e autor do estudo.

“O acoplamento remoto de magnons é o primeiro passo, ou quase um pré-requisito, para fazer trabalho quântico com sistemas magnéticos”, disse Novosad. “Mostramos a capacidade desses magnons se comunicarem instantaneamente uns com os outros a distância.”

Essa comunicação instantânea pode ocorrer sem a necessidade de enviar uma mensagem entre magnons limitada pela velocidade da luz.

Os pesquisadores construíram sobre um estudo de 2019, no qual desenvolveram um sistema que permitiria excitações magnéticas se comunicarem a distância em um circuito supercondutor, o que poderia permitir que os magnons formem a base de um tipo de computador quântico. No entanto, um computador quântico viável exigiria que as partículas sejam acopladas e permaneçam acopladas por um longo período de tempo.

Alcançando o Efeito de Acoplamento Forte

A equipe se esforçou para alcançar esse efeito de acoplamento forte construindo um circuito supercondutor. Eles usaram duas pequenas esferas magnéticas de granada de ferro de ítrio (YIG) embutidas no circuito. O material suporta excitação magnônica e resulta em um acoplamento eficiente e de baixa perda para as esferas magnéticas.

Os pesquisadores alcançaram um acoplamento forte entre as duas esferas, mesmo a uma distância de apenas um centímetro, acoplando magneticamente as duas esferas a um ressonador supercondutor compartilhado no circuito.

Yi Li é um cientista de materiais do Argonne e autor principal do estudo.

“Este é um feito significativo”, disse Li. “Efeitos semelhantes também podem ser observados entre magnons e ressonadores supercondutores, mas desta vez fizemos isso entre dois ressonadores magnônicos sem interação direta. O acoplamento vem da interação indireta entre as duas esferas e o ressonador supercondutor compartilhado.”

Um dos principais desenvolvimentos do novo estudo, em comparação com o de 2019, é que houve uma maior coerência dos magnons no ressonador magnético.

“Se você falar em uma caverna, você pode ouvir um eco”, disse Novosad. “Quanto mais longo for o eco, mais longa será a coerência.”

“Antes, definitivamente vimos uma relação entre magnons e um ressonador supercondutor, mas neste estudo os tempos de coerência são muito mais longos devido ao uso das esferas, o que é por que podemos ver evidências de magnons separados se comunicando uns com os outros”, continuou Li.

Li afirma que o estudo pode levar a dispositivos quânticos miniaturizados devido aos spins magnéticos estarem tão altamente concentrados no dispositivo.

“É possível que ímãs minúsculos possam segurar o segredo para novos computadores quânticos”, concluiu Li.