Spinaallot ja suprajohtavuus

Kvantti-informaatiojärjestelmät voisivat jonain päivänä muokata arkea nopeamman laskennan, tarkemman havainnoinnin ja turvallisemman viestinnän avulla.

Argonnen kansallisen laboratorion ja Illinoisin Urbana-Champaignin yliopiston tutkijoiden uusi tulos on tärkeä askel kohti magneettisten spinien – aineen kvanttiominaisuuden, jota voidaan käyttää informaation tallentamiseen ja käsittelyyn – roolia kvantti-informaation käsittelyn tulevaisuudessa.

Tutkijat osoittavat, että materiaalin magneettisen tilan väreily, jota kutsutaan spin-aalloiksi, voi olla vuorovaikutuksessa suprajohtavien piirien kanssa, jotka voivat kuljettaa mikroaaltosignaaleja. Tuloksena on hybridijärjestelmä, jossa nämä kaksi erilaista tiedonsiirtotapaa voivat olla vuorovaikutuksessa ja toimia yhdessä.

”Tämä on ensimmäinen kerta, kun olemme osoittaneet konseptin toimivuuden ja osoittaneet, että voimme kytkeä spin-aaltoja suprajohtavaan resonaattoriin”, sanoo Yi Li, Argonnen tiedemies tutkimusartikkelin ensimmäinen kirjoittaja.

Suprajohtavat piirit, jotka ovat monien kvantti-informaatiojärjestelmien vakio-osia, auttavat yhdistämään ja ohjaamaan signaaleja näiden järjestelmien sisällä. Tämä rooli tekee niistä erityisen tärkeitä kvanttilaskennassa, jossa kvanttitiloissa kuljetettu informaatio voi olla haurasta.

Spinaallot tarjoavat erilaisen edun. Tietyissä olosuhteissa spinaallot ovat yksisuuntaisia, mikä tarkoittaa, että ne suosivat luonnostaan yhtä kulkusuuntaa vastakkaiseen suuntaan verrattuna. Tämä on hyödyllistä, koska kvanttijärjestelmät tarvitsevat usein yksisuuntaista signaalinohjausta estääkseen ei-toivotun kohinan vuotamisen takaisin kvanttikomponentteihin.

Kyseessä onkin sirulle asennettaviksi tarkoitettu mikroaaltoisolaattori, jotka mahdollistavat mikroaaltosignaalien kulkemisen yhteen suuntaan spin-aaltopohjaisten hybridikvanttijärjestelmien kautta.

Kokeen ytimessä on rakenne, joka on koottu ohuelle magneettikalvolle, joka tarjoaa spinaalloille reitin kulkua varten. Kalvo on valmistettu yttriumrautagranaatista eli YIG:stä, luonnon tehokkaimmasta materiaalista magneettisen liikkeen ylläpitämiseen: se menettää hyvin vähän energiaa liikkeiden kulkiessa sen läpi.

Toinen kerros – suprajohtava piiri – on valmistettu suoraan magneettikalvon päälle. Kun spinaalto kulkee kalvon läpi, se virittää mikroaaltoja sen yläpuolella olevassa piirissä. Piiri – tehokas siruantennimme – on viritetty vuorovaikuttamaan ohuen magneettikalvon spinaallon kanssa. Näin spinaallot ja suprajohtava piiri yhdistyvät.

Aiheesta aiemmin:

IQM julkistaa resonaattorikeskeisen tähtiarkkitehtuurin

Magneettisten aaltojen hallinta suprajohteilla