Comportamentul Magnetic Nou Descoperit Ar Putea Conduce La Dispozitive Cuantice De Noua Generatie

Oamenii de stiinta de la Laboratorul National Argonne al Departamentului de Energie al SUA (DOE) au descoperit un comportament magnetic care ar putea conduce la dispozitive cuantice noi. Echipa a realizat cuplarea cuantica intre doua dispozitive magnetice distante, care pot gazdui un tip specific de excitatii magnetice numite magnoni, care apar atunci cand un curent electric genereaza un camp magnetic. Prin cuplarea acestor dispozitive magnetice, magnonii pot schimba energie si informatie, ceea ce ar putea fi utilizat pentru a crea dispozitive cuantice noi.

Cercetarea a fost publicata in Physical Review Letters.

Avansarea Magnetismului si a Dispozitivelor Cuantice

Noua descoperire duce mai departe domeniul magnetismului, care a fost forta motrice din spatele multor descoperiri importante, cum ar fi cele care implică mașinile de rezonanță magnetică și stocarea pe disc dur.

Valentine Novosad este un om de stiinta senior de la Argonne și autor al studiului.

„Cuplarea remota a magnonilor este primul pas, sau aproape o condiție prealabilă, pentru a face lucrări cuantice cu sisteme magnetice”, a spus Novosad. „Arătăm capacitatea acestor magnoni de a comunica instantaneu unul cu celălalt la distanță”.

Această comunicare instantanee poate avea loc fără a necesita trimiterea unui mesaj între magnoni limitat de viteza luminii.

Cercetătorii au construit pe baza unui studiu din 2019, în care au dezvoltat un sistem care ar fi permis excitatiilor magnetice să comunice la distanță într-un circuit superconductiv, ceea ce ar fi putut permite magnonilor să formeze baza unui tip de calculator cuantic. Cu toate acestea, un astfel de calculator cuantic viabil ar necesita ca particulele să fie cuplate și să rămână cuplate pentru o perioadă lungă de timp.

Realizarea Efectului de Cuplare Puternică

Echipa a încercat să realizeze acest efect de cuplare puternică prin construirea unui circuit superconductiv. Ei au utilizat două sfere mici de granat de fier de itriu (YIG) înglobate în circuit. Materialul susține excitarea magnonică și conduce la o cuplare eficientă și cu pierderi reduse pentru sferele magnetice.

Cercetătorii au realizat o cuplare puternică între cele două sfere, chiar și la o distanță de doar un centimetru, prin cuplarea magnetică a celor două sfere la un rezonator superconductiv comun în circuit.

Yi Li este un om de stiinta al materialelor de la Argonne și autorul principal al studiului.

„Aceasta este o realizare semnificativă”, a spus Li. „Efecte similare pot fi observate și între magnoni și rezonatori superconductivi, dar de data aceasta am făcut-o între doi rezonatori magnonici fără interacțiune directă. Cuplarea provine din interacțiunea indirectă între cele două sfere și rezonatorul superconductiv comun”.

Una dintre dezvoltările semnificative ale noului studiu, în comparație cu cel din 2019, este că a existat o coerență mai lungă a magnonilor în rezonatorul magnetic.

„Dacă vorbiți într-o peșteră, puteți auzi un ecou”, a spus Novosad. „Cu cât ecoul durează mai mult, cu atât coerența este mai lungă”.

„Înainte, am văzut cu siguranță o relație între magnoni și un rezonator superconductiv, dar în acest studiu timpul de coerență al magnonilor este mult mai lung din cauza utilizării sferelor, ceea ce face posibil să vedem dovezi ale magnonilor separați care comunică unul cu celălalt”, a continuat Li.

Li spune că studiul ar putea conduce la dispozitive cuantice miniaturizate datorită faptului că spinii magnetici sunt atât de concentrați în dispozitiv.

„Este posibil ca micii magneți să dețină secretul noilor calculatoare cuantice”, a concluzionat Li.