Нові відкриття магнітної поведінки можуть привести до наступного покоління квантових пристроїв

Учені з Аргоннської національної лабораторії Міністерства енергетики США (DOE) відкрили магнітну поведінку, яка може привести до нових квантових пристроїв. Команда досягла квантового зв’язку між двома віддаленими магнітними пристроями, які можуть містити особливий тип магнітних збуджень, званих магнонами, які виникають, коли електричний струм генерує магнітне поле. Зв’язавши ці магнітні пристрої, магнони можуть обмінюватися енергією та інформацією, що можна використати для створення нових квантових технологічних пристроїв.

Дослідження було опубліковано в Physical Review Letters.

Розширення магнетизму та квантових пристроїв

Нове відкриття просунуло вперед область магнетизму, яка була рушійною силою багатьох важливих відкриттів, таких як відкриття щодо МРТ-апаратів та комп’ютерних жорстких дисків.

Валентин Новосад – старший науковець Argonne та автор дослідження.

«Віддалений зв’язок магнонів – це перший крок, або майже передумова, для виконання квантових досліджень з магнітними системами», – сказав Новосад. «Ми демонструємо можливість цих магнонів спілкуватися миттєво один з одним на відстані».

Ця миттєва комунікація може відбуватися без потреби надсилати повідомлення між магнонами, обмежені швидкістю світла.

Дослідники спиралися на дослідження 2019 року, де вони розробили систему, яка б дозволила магнітним збудженням спілкуватися один з одним на відстані в надпровідному контурі, що могло б дозволити магнонам сформувати основу для типу квантового комп’ютера. Однак такий життєздатний квантовий комп’ютер потребував би, щоб частинки були зв’язані та залишилися зв’язаними протягом тривалого часу.

Досягнення сильного зв’язку

Команда поставила за мету досягти цього сильного зв’язку, побудувавши надпровідний контур. Вони використали дві малі магнітні сфери з ітрій-залізного гранату (YIG), вбудовані у контур. Матеріал підтримує магнонні збудження та призводить до ефективного та низьковтратного зв’язку для магнітних сфер.

Дослідники досягли сильного зв’язку між двома сферами, навіть на відстані всього одного сантиметра, магнітно зв’язавши дві сфери з спільним надпровідним резонатором у контурі.

Ї Лі – науковець-матеріалознавець Argonne та головний автор дослідження.

«Це значне досягнення», – сказав Лі. «Аналогічні ефекти також можна спостерігати між магнонами та надпровідними резонаторами, але цього разу ми зробили це між двома магнонними резонаторами без прямої взаємодії. Зв’язок відбувається через непряму взаємодію між двома сферами та спільним надпровідним резонатором».

Одним зі значних досягнень нового дослідження, порівняно з тим, що було у 2019 році, є те, що була довша когерентність магнонів у магнітному резонаторі.

«Якщо ви говорите в печері, ви можете почути відлуння», – сказав Новосад. «Чим довше триває відлуння, тим довша когерентність».

«Раніше ми бачили відносини між магнонами та надпровідним резонатором, але в цьому дослідженні їхні часи когерентності значно довші через використання сфер, тому ми можемо побачити докази роз’єднаних магнонів, які спілкуються один з одним», – продовжив Лі.

Лі каже, що дослідження може привести до мініатюрних квантових пристроїв через те, що магнітні спіни дуже концентровані в пристрої.

«Існує можливість, що дрібні магніти можуть зберігати секрет нових квантових комп’ютерів», – підсумував Лі.