Magneettinen kytkentä ja kvantti-informaation kantajat

Regensburgin ja Michiganin yliopistojen tutkijaryhmä on osoittanut, että kvanttinen "ihmemateriaali" voisi tukea magneettista vaihtokytkentää.

Tämä äskettäin löydetty ominaisuus voisi auttaa mahdollistamaan sovelluksia kvanttilaskennassa, antureissa ja muualla. Vaikka aikaisemmat tutkimukset osoittivat, että eksitonit rajoittuvat joskus tehokkaasti yhteen riviin kromisulfidibromidi materiaalin sisällä, uusi tutkimus tarjoaa aiheesta perusteellisen teoreettisen ja kokeellisen esittelyn, joka selittää, kuinka tämä liittyy materiaalin magneettiseen järjestykseen.

Kromisulfidibromidi on jännittävä kvanttitutkijoille, koska se voi tukea lähes mitä tahansa tapaa, jolla informaatiota koodataan fyysisesti: sähkövarauksessa, fotoneissa (valo), magnetismissa (elektronin spinit) ja fononeissa (värähtelyssä, kuten äänessä).

"Pitkän aikavälin näkemys on, että voitaisiin mahdollisesti rakentaa kvanttirakenteita, jotka käyttävät näitä kolmea tai jopa kaikkia neljää ominaisuutta: fotoneita informaation siirtoon, elektroneita informaation käsittelemiseen vuorovaikutuksiensa kautta, magnetismia informaation tallentamiseen ja fononeita moduloimaan ja muuttamaan informaation uusille taajuuksille", sanoi Mackillo Kira, UM:n sähkö- ja tietokonetekniikan professori.

Yksi tavoista, joilla kromisulfidibromidi voisi koodata kvantti-informaatiota, on eksitoneissa. Magnetoimattomassa tilassa eksitonit eivät jää loukkuun, vaan ne ulottuvat useiden atomikerrosten yli, mikä tekee niistä kolmiulotteisia. Ne voivat myös liikkua mihin tahansa suuntaan.

Kun antiferromagneettinen rakenne rajoittaa eksitonit yhteen atomikerrokseen, eksitonit rajoittuvat edelleen yhteen viivaan - yhteen ulottuvuuteen - koska ne voivat helposti liikkua vain pitkin toista tason kahdesta akselista. Kvanttirakenteessa tämä rajoitus auttaa kvantti-informaatiota kestämään pidempään, koska eksitonit eivät todennäköisesti törmää toisiinsa ja menettämästä kuljettamaansa informaatiota.

Tutkimuksellisesti työ osoittaa että eksitonisia korrelaatioita voidaan vaihtaa magneettisen järjestyksen kautta.

"Magneettinen järjestys on uusi viritysnuppi eksitonien ja niiden vuorovaikutusten muokkaamiseen. Tämä voi olla pelin muuttaja tulevaisuuden elektroniikassa ja tietotekniikassa", sanoi Rupert Huber, fysiikan professori Regensburgin yliopistosta Saksasta.

Yksi suurimmista kysymyksistä, joita tiimi aikoo tutkia, on, voidaanko nämä varauksen erottamiseen sisältyneet eksitonit muuntaa magneettisiksi virityksiksi, jotka ilmenevät elektronispineillä. Jos se voidaan tehdä, se tarjoaisi hyödyllisen väylän kvantti-informaation muuntamiseen fotonien, eksitonien ja spinien hyvin erilaisten maailmojen välillä.

Aiheesta aiemmin:

Uusi ihme- ja kvanttimateriaali