Yeni Keşfedilen Manyetik Davranış Sonraki Nesil Kuantum Cihazlarına Yol Açabilir

Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı’nın (DOE) Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndan bilim adamları, yeni kuantum cihazlara yol açabilecek manyetik davranış keşfettiler. Ekibin, iki uzak manyetik cihaz arasındaki kuantum bağlantısını gerçekleştirdiği bu keşif, manyetik cihazların magnon adı verilen özel bir manyetik uyarım türünü barındıran cihazlar arasında gerçekleşti. Magnonlar, elektrik akımı bir manyetik alan oluşturduğunda ortaya çıkar. Bu manyetik cihazları birleştirerek, magnonlar enerji ve bilgi alışverişi yapabilir ve bu da yeni kuantum teknoloji cihazlarının yaratılmasına yol açabilir.

Araştırma Physical Review Letters dergisinde yayımlandı.

Manyetizma ve Kuantum Cihazlarını İlerletmek

Bu yeni gelişme, manyetizma alanını ilerletmekte ve MRI makineleri ile bilgisayar sabit disk depolama gibi önemli keşiflerin arkasındaki itici güç olmuştur.

Valentine Novosad, Argonne’da kıdemli bir bilim adamı ve çalışmanın yazarı.

“Magnonların uzaktan kuplajı, manyetik sistemlerle kuantum çalışması yapmak için ilk adım veya neredeyse bir ön koşuldur” dedi Novosad. “Bu magnonların birbirleriyle uzaktan anında iletişim kurma yeteneğini gösteriyoruz.”

Bu anlık iletişim, magnonlar arasında sinyal gönderilmesine gerek kalmadan, ışık hızıyla sınırlı olmaksızın gerçekleşebilir.

Araştırmacılar, 2019’da manyetik uyarımların bir süper iletken devre içerisinde birbirleriyle konuşabilmesi için bir sistem geliştirdikleri bir çalışmaya dayandılar. Bu, magnonların bir tür kuantum bilgisayarın temeli olmasını sağlayabilir. Ancak böyle bir işlevsel kuantum bilgisayarının oluşturulabilmesi için parçacıkların birbirleriyle kuplajlı kalması ve bu bağlantının uzun süreli olması gerekiyordu.

Güçlü Kuplaj Etkisi Elde Etmek

Ekibin, bu güçlü bağlantı etkisini elde etmek için bir süper iletken devre oluşturduğu bu çalışmada, iki küçük itriyum demir granat (YIG) manyetik küreleri devreye yerleştirdiler. Bu malzeme, manyetik cihazların birbirleriyle konuşabilmesini sağlayan magnon uyarımlarını destekler ve manyetik küreler için verimli ve düşük kayıplı bir bağlantı sağlar.

Araştırmacılar, iki küreyi devredeki ortak bir süperiletken rezonatöre manyetik olarak kuplajlayarak, bir santimetre uzaklıkta bile küreler arasında güçlü kuplaj elde ettiler.

Yi Li, Argonne malzeme bilimcisi ve çalışmanın baş yazarı.

“Bu, önemli bir başarı” dedi Li. “Benzer etkiler, magnonlar ve süperiletken rezonatörler arasında da gözlemlenebilir, ancak bu kez iki magnon rezonatörü arasında doğrudan etkileşim olmadan bunu başardık. Bağlantı, manyetik küreler ve paylaşılan süper iletken rezonatör arasındaki dolaylı etkileşimden kaynaklanıyor.”

Bu yeni çalışmanın önemli yönlerinden biri, 2019’daki çalışmaya kıyasla manyetik rezonatördeki magnonların daha uzun koheransa sahip olması.

“Eğer bir mağarada konuşursanız, yankıyı duyabilirsiniz” dedi Novosad. “Bu yankı ne kadar uzun sürerse, koherans o kadar uzun olur.”

“Önceki çalışmada magnonlar ve süperiletken rezonatörler arasındaki ilişkiyi gördük, ancak bu çalışmada magnonların koherans süreleri çok daha uzun çünkü manyetik kürelerin kullanılması ve bu nedenle birbirinden ayrı magnonların iletişim kurduğuna dair kanıtları görebiliyoruz” diye devam etti Li.

Li, çalışmanın miniaturize kuantum cihazlarına yol açabileceğini çünkü manyetik spinlerin cihazda çok yoğun bir şekilde yoğunlaştığını söyledi.

“Küçük mıknatısların yeni kuantum bilgisayarların sırrını taşıyabileceği mümkün” diye sonuçlandırdı Li.