Magnonien valjastaminen ja kvanttilaskennan tulevaisuus

Magnetismi on keskeistä monissa mullistavissa teknologioissa kuten kiintolevyistä voimalaitoksia pyörittäviin moottoreihin ja koneisiin. Magneettisten materiaalien odotetaan olevan entistä suuremmassa roolissa myös tulevissa teknologioissa: kvantti-informaation siirrossa ja prosessoinnissa sekä kvanttitietokoneiden kehittämisessä.

Argonnen kansallisen laboratorion tutkijoiden johtama uusi tutkimus kehitti lähestymistavan atomien kollektiivisten magneettisten ominaisuuksien hallitsemiseksi reaaliajassa ja mahdollisesti hyödyntämiseksi seuraavan sukupolven tietoteknikoissa.

Tämä löytö voisi auttaa tulevaisuuden kvanttitietokoneiden kehittämisessä sekä ”on-chip”-teknikoissa kuten puolijohdesiruille upotetut magneettiset järjestelmät.

Argonnen johtaman tutkijaryhmän läpimurto hyödyntää sitä tosiasiaa, että jokaisella atomilla on oma magneettinen spininsä – kuin pienoiskokoisella kompassin neulalla. Kun nämä spinit liikkuvat yhdessä, ne luovat aallon tai ”virityksen”, jota kutsutaan magnoniksi. Tutkijoiden menetelmä mahdollistaa magnonien ohjaamisen reaaliajassa hyödyntäen niiden informaation käsittelyn potentiaalia.

”Nämä ominaisuudet ovat välttämättömiä kvanttitiedonsiirron ja -laskennan edistämiseksi”, sanoi Yi Li, Argonnen apulaistutkija ja näitä tuloksia raportoivan tutkimuksen pääkirjoittaja.

Tässä työssä tutkijat käyttivät kahta pientä yttriumrautagranaatista valmistettua magneettipalloa. He yhdistivät pallot sirutasolla suprajohtavaan resonaattoriin. Tämä järjestely mahdollisti tutkijoiden lähettää ja vastaanottaa magnonsignaaleja kahden etäisen pallon välillä.

Tiimi lähetti yhden energiapulssin, joka kulki edestakaisin kahden pallon välillä synkronoidusti toistensa kanssa. Tämä värähtely osoitti, että energiaa voidaan siirtää ”koherentisti”.

Tutkijat havaitsivat, että jos magneettipiirin läpi lähetettiin kaksi energiapulssia, pulssit joko vahvistivat toisiaan tai toinen pulssi kumosi toisen pulssin niiden välisen viiveen mukaan. Nämä löydökset osoittivat, että magnonit voivat interferoida toisiaan.

Lisäksi havaittiin, että interferenssiominaisuus säilyy, koska kaksi palloa pystyi olemaan magneettisesti yhteen ”kytkettynä” eli oli kykenevä varastoimaan niiden välillä kulkevien pulssien energiaa. Tämä on samanlaista kuin miten kvanttitila voi siirtyä kahden kubitin – eli kvanttibitin – välillä kvanttitietokoneessa.

Lisäksi lähettämällä useita energiapulsseja tutkijat loivat monimutkaisia ​​interferenssikuvioita, jotka muistuttavat valon ilmiöitä, kun se diffraktoituu eri säteiksi. Tämä osoittaa potentiaalin monimutkaisiin signaali- ja siirtotoimintoihin magnonien avulla.

Aiheesta aiemmin:

Spinistä varaukseen muunnos ilman magneettisia elektrodeja

Miljoonien tutkimuspanos magnoniikan kehittämiseen

Magneettisten supervoimien vapauttaminen