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 cihaza arasındaki kuantum bağlantısını gerçekleştirdiği bu keşif, manyetik cihazların magnon adı verilen özel bir manyetik heyecan türünü barındırabilmesini sağlıyor. 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.

“Uzak manyetik cihazların kuantum bağlantısı, manyetik sistemlerle kuantum çalışması yapmak için ilk adım veya neredeyse bir ön koşuldur” dedi Novosad. “Bu manyetik cihazların birbirleriyle anında iletişim kurma yeteneğini gösteriyoruz.”

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

Araştırmacılar, 2019’da manyetik cihazların bir süper iletken devre içerisinde birbirleriyle konuşabilmesi için bir sistem geliştirdikleri bir çalışmaya dayandılar. Bu, manyetik cihazların bir tür kuantum bilgisayar oluşturmasına temel oluşturabilir. Ancak böyle bir işlevsel kuantum bilgisayarının oluşturulabilmesi için manyetik cihazların birbirleriyle bağlantılı kalması ve bu bağlantının uzun süreli olması gerekiyordu.

İyi Bağlantı Etkisi Sağlamak

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 manyetik heyecanları destekler ve manyetik küreler için verimli ve düşük kayıplı bir bağlantı sağlar.

Araştırmacılar, manyetik küreleri bir santimetre uzaklıkta bile güçlü bir şekilde birbirine bağlayarak, manyetik cihazlar arasındaki bağlantıyı sağladılar.

Yi Li, Argonne malzeme bilimcisi ve çalışmanın baş yazarı.

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

Bu yeni çalışmanın önemli yönlerinden biri, manyetik rezonatördeki manyetik cihazların daha uzun süreli bir koheransa sahip olması.

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

“Önceki çalışmada manyetik cihazlar ve süper iletken rezonatörler arasındaki ilişkiyi gördük, ancak bu çalışmada manyetik cihazların koherans süreleri çok daha uzun çünkü manyetik kürelerin kullanılması ve bu nedenle manyetik cihazların birbirleriyle konuşma kanıtlarını görebiliyoruz” diye devam etti Li.

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

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