Недавно открытые магнитные свойства могут привести к созданию следующего поколения квантовых устройств

Ученые из лаборатории Argonne Министерства энергетики США открыли магнитное поведение, которое может привести к созданию новых квантовых устройств. Команда достигла квантовой связи между двумя удаленными магнитными устройствами, которые могут содержать определенный тип магнитных возбуждений, называемых магнонами, которые возникают, когда электрический ток генерирует магнитное поле. Связывая эти магнитные устройства, магноны могут обмениваться энергией и информацией, что может быть использовано для создания новых квантовых технологических устройств.

Исследование было опубликовано в Physical Review Letters.

Развитие магнетизма и квантовых устройств

Новое развитие продвигает вперед область магнетизма, которая была движущей силой многих важных открытий, таких как те, которые связаны с МРТ-аппаратами и хранилищами жестких дисков компьютеров.

Валентин Новосад – старший ученый лаборатории Argonne и автор исследования.

«Удаленная связь магнонов – это первый шаг, или почти предпосылка, для выполнения квантовой работы с магнитными системами», – сказал Новосад. «Мы демонстрируем возможность для этих магнонов мгновенно общаться друг с другом на расстоянии».

Это мгновенное общение может происходить без необходимости отправки сообщения между магнонами, ограниченного скоростью света.

Исследователи построили на основе исследования 2019 года, в котором они разработали систему, которая позволила бы магнитным возбуждениям общаться на расстоянии в сверхпроводящей цепи, что могло бы стать основой для某кого типа квантового компьютера. Однако такой жизнеспособный квантовый компьютер потребовал бы, чтобы частицы были связаны и оставались связанными в течение длительного периода времени.

Достижение сильного связывающего эффекта

Команда поставила цель достичь этого сильного связывающего эффекта, построив сверхпроводящую цепь. Они использовали два небольших магнитных шара из йтррия, встроенных в цепь. Материал поддерживает магнитные возбуждения и обеспечивает эффективную и малопотерную связь для магнитных шаров.

Исследователи достигли сильной связи между двумя шарами, даже на расстоянии всего одного сантиметра, магнитно связав два шара с общим сверхпроводящим резонатором в цепи.

И Ли – ученый-материаловед лаборатории Argonne и ведущий автор исследования.

«Это значительное достижение», – сказал Ли. «Аналогичные эффекты также могут быть наблюдаемы между магнонами и сверхпроводящими резонаторами, но в этот раз мы сделали это между двумя магнитными резонаторами без прямого взаимодействия. Связь возникает из-за косвенного взаимодействия между двумя шарами и общим сверхпроводящим резонатором».

Одним из значительных разработок нового исследования, по сравнению с исследованием 2019 года, является то, что была более длительная когерентность магнонов в магнитном резонаторе.

«Если вы говорите в пещере, вы можете услышать эхо», – сказал Новосад. «Чем дольше это эхо сохраняется, тем дольше когерентность».

«Раньше мы определенно видели связь между магнонами и сверхпроводящим резонатором, но в этом исследовании их когерентные времена намного длиннее из-за использования шаров, поэтому мы можем увидеть доказательства разделенных магнонов, общающихся друг с другом», – продолжил Ли.

Ли говорит, что исследование может привести к миниатюризированным квантовым устройствам из-за высокой концентрации магнитных спинов в устройстве.

«Возможно, что крошечные магниты могут хранить секрет новых квантовых компьютеров», – заключил Ли.