新发现的磁性行为可能会带来下一代量子设备

美国能源部（DOE）的阿贡国家实验室的科学家们发现了一种磁性行为，这可能会带来新的量子设备。该团队在两个遥远的磁性设备之间实现了量子耦合，这些设备可以容纳一种称为磁子的特定类型的磁性激发，当电流产生磁场时就会发生这种情况。通过耦合这些磁性设备，磁子可以交换能量和信息，这可能会用于创建新的量子技术设备。

该研究发表在物理评论快报上。

推进磁性和量子设备

这一新发展推进了磁性领域的发展，这一领域一直是许多重要发现的驱动力，例如与MRI机器和计算机硬盘存储相关的发现。

瓦伦丁·诺沃萨德（Valentine Novosad）是阿贡国家实验室的高级科学家，也是这项研究的作者。

“磁子的远程耦合是进行量子工作的第一步，或者说是前提，”诺沃萨德说。“我们展示了磁子可以瞬间相互通信，无论距离多远。”

这种瞬间通信可以在不需要发送受限于光速的消息的情况下进行。

研究人员在2019年的一项研究基础上进行了开发，他们开发了一个系统，使磁性激发能够在超导电路中相互通信，这可能使磁子成为一种量子计算机的基础。然而，一个可行的量子计算机需要这些粒子耦合并保持耦合状态一段较长时间。

实现强耦合效应

该团队通过构建超导电路来实现这一强耦合效应。他们在电路中嵌入了两个小的钇铁石（YIG）磁性球体。该材料支持磁性激发，并且对磁性球体的耦合效率高且损失低。

研究人员通过将两个球体磁性耦合到电路中的共享超导谐振器，实现了两个球体之间的强耦合，即使在仅一厘米的距离内也是如此。

易力是阿贡国家实验室的材料科学家，也是这项研究的首席作者。

“这是一个重要的成就，”易说。“类似的效应也可以在磁子和超导谐振器之间观察到，但这次我们在两个磁子谐振器之间实现了这一点，而无需直接相互作用。耦合来自两个球体和共享超导谐振器之间的间接相互作用。”

与2019年的研究相比，这项新研究的一个显著发展是磁子在磁性谐振器中的相干时间更长。

“如果你在一个洞穴中说话，你可能会听到回声，”诺沃萨德说。“回声持续的时间越长，相干时间就越长。”

“以前，我们确实看到了磁子和超导谐振器之间的关系，但是在这项研究中，由于使用了球体，磁子的相干时间更长，这就是为什么我们可以看到分离的磁子相互通信的证据，”易继续说。

易说，这项研究可能会导致由于磁性自旋在设备中高度集中而实现的微型量子设备。

“有可能微小的磁铁可能掌握着新型量子计算机的秘密，”易总结说。