Al acoplar el comportamiento magnético a un circuito superconductor, los científicos de Argonne allanan el camino para sistemas de información cuántica.
La computación cuántica promete revolucionar las formas en que los científicos pueden procesar y manipular la información. Los fundamentos físicos y materiales de las tecnologías cuánticas aún se están explorando, y los investigadores continúan buscando nuevas formas de manipular e intercambiar información en el cuántico.nivel.
En un estudio reciente, los científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. DOE han creado un circuito superconductor miniaturizado basado en chips que une ondas cuánticas de espines magnéticos llamados magnones a fotones de energía equivalente. A través del desarrollo de esto "en el chip ", que combina el magnetismo y la superconductividad para la manipulación de la información cuántica, este descubrimiento fundamental podría ayudar a sentar las bases para futuros avances en la computación cuántica".
Los magnones emergen en sistemas ordenados magnéticamente como excitaciones dentro de un material magnético que causan una oscilación de las direcciones de magnetización en cada átomo en el material, un fenómeno llamado onda de giro ". Puede pensar en ello como si tuviera una matriz de agujas de brújulatodos están unidos magnéticamente ", dijo el científico de materiales de Argonne Valentine Novosad, autor del estudio." Si pateas uno en una dirección particular, provocará una ola que se propagará por el resto ".
Del mismo modo que los fotones de luz pueden considerarse ondas y partículas, también lo pueden ser los magnones ". La onda electromagnética representada por un fotón es equivalente a la onda de espín representada por un magnón: los dos son análogos entre sí,"dijo el investigador postdoctoral de Argonne, Yi Li, otro autor del estudio.
Debido a que los fotones y los magnones comparten una relación tan estrecha entre sí, y ambos contienen un componente de campo magnético, los científicos de Argonne buscaron una forma de acoplar los dos juntos. Los magnones y los fotones se "comunican" entre sí a través de una cavidad de microondas superconductora, que transporta fotones de microondas con una energía idéntica a la energía de los magnones en los sistemas magnéticos que podrían emparejarse.
El uso de un resonador superconductor con una geometría coplanar demostró ser efectivo porque permitió a los investigadores transmitir una corriente de microondas con baja pérdida. Además, también les permitió definir convenientemente la frecuencia de fotones para el acoplamiento a los magnones.
"Al combinar la longitud correcta del resonador con la energía correcta de nuestros magnones y fotones, en esencia estamos creando una especie de cámara de eco para la energía y la información cuántica", dijo Novosad. "Las excitaciones permanecen en el resonador durante mucho tiempomayor tiempo, y cuando se trata de hacer computación cuántica, esos son los momentos preciosos durante los cuales podemos realizar operaciones ".
Debido a que las dimensiones del resonador determinan la frecuencia del fotón de microondas, se requieren campos magnéticos para sintonizar el magnón para que coincida.
"Puedes pensarlo como afinar una guitarra o un violín", dijo Novosad. "La longitud de tu cuerda, en este caso, nuestro resonador de fotones, es fija. Independientemente, para los magnones, podemos sintonizarel instrumento ajustando el campo magnético aplicado, que es similar a modificar la cantidad de tensión en la cuerda ".
En última instancia, dijo Li, la combinación de un sistema superconductor y un sistema magnético permite un acoplamiento y desacoplamiento preciso del magnón y el fotón, presentando oportunidades para manipular la información cuántica.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Argonne . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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