Schema del circuito di accoppiamento Magnon-Manon remoto. Due sfere YIG a cristallo singolo sono incorporate nel circuito del risonatore superconduttore coplanare NbN, dove il fotone a microonde media l'interazione coerente magnon-magnon. Credito:Yi Li/Argonne National Laboratory.
Le interazioni magnetiche potrebbero indicare dispositivi quantistici miniaturizzabili.
Dalle macchine per la risonanza magnetica all'archiviazione su disco rigido del computer, il magnetismo ha svolto un ruolo in scoperte fondamentali che rimodellano la nostra società. Nel nuovo campo dell'informatica quantistica, le interazioni magnetiche potrebbero svolgere un ruolo nella trasmissione di informazioni quantistiche.
In una nuova ricerca dell'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), gli scienziati hanno ottenuto un efficiente accoppiamento quantistico tra due dispositivi magnetici distanti, che possono ospitare un certo tipo di eccitazioni magnetiche chiamate magnoni. Queste eccitazioni si verificano quando una corrente elettrica genera un campo magnetico. L'accoppiamento consente ai magnon di scambiare energia e informazioni. Questo tipo di accoppiamento può essere utile per creare nuovi dispositivi di tecnologia dell'informazione quantistica.
"L'accoppiamento remoto dei magnoni è il primo passo, o quasi un prerequisito, per svolgere il lavoro quantistico con i sistemi magnetici", ha affermato lo scienziato senior di Argonne Valentine Novosad, autore dello studio. "Mostriamo la capacità di questi magnon di comunicare istantaneamente tra loro a distanza."
Questa comunicazione istantanea non richiede l'invio di un messaggio tra magnon limitato dalla velocità della luce. È analogo a ciò che i fisici chiamano entanglement quantistico.
A seguito di uno studio del 2019, i ricercatori hanno cercato di creare un sistema che consentisse alle eccitazioni magnetiche di parlare tra loro a distanza in un circuito superconduttore. Ciò consentirebbe ai Magnon di costituire potenzialmente la base di un tipo di computer quantistico. Per le basi di base di un valido computer quantistico, i ricercatori hanno bisogno che le particelle siano accoppiate e rimangano accoppiate per molto tempo.
Per ottenere un forte effetto di accoppiamento, i ricercatori hanno costruito un circuito superconduttore e utilizzato due piccole sfere magnetiche di ittrio ferro granato (YIG) incorporate nel circuito. Questo materiale, che supporta le eccitazioni magnoniche, garantisce un accoppiamento efficiente e a basse perdite per le sfere magnetiche.
Le due sfere sono entrambe accoppiate magneticamente a un risonatore superconduttore condiviso nel circuito, che agisce come una linea telefonica per creare un forte accoppiamento tra le due sfere anche quando sono distanti quasi un centimetro l'una dall'altra, 30 volte la distanza dei loro diametri.
"Questo è un risultato significativo", ha affermato lo scienziato dei materiali Argonne Yi Li, autore principale dello studio. "Effetti simili possono essere osservati anche tra i magnon e i risuonatori superconduttori, ma questa volta lo abbiamo fatto tra due risuonatori magnon senza interazione diretta. L'accoppiamento deriva dall'interazione indiretta tra le due sfere e il risuonatore superconduttore condiviso."
Un ulteriore miglioramento rispetto allo studio del 2019 riguardava la coerenza più lunga dei magnoni nel risonatore magnetico. "Se parli in una grotta, potresti sentire un'eco", ha detto Novosad. "Più dura quell'eco, più lunga è la coerenza."
"Prima, abbiamo sicuramente visto una relazione tra i magnon e un risonatore superconduttore, ma in questo studio i loro tempi di coerenza sono molto più lunghi a causa dell'uso delle sfere, motivo per cui possiamo vedere prove di magnon separati che parlano tra loro", Li aggiunto.
Secondo Li, poiché gli spin magnetici sono altamente concentrati nel dispositivo, lo studio potrebbe puntare a dispositivi quantistici miniaturizzabili. "È possibile che minuscoli magneti possano nascondere il segreto dei nuovi computer quantistici", ha affermato.
I dispositivi magnonici sono stati fabbricati presso l'Argonne's Center for Nanoscale Materials, una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE.
Un documento basato sullo studio è stato pubblicato in Physical Review Letters . + Esplora ulteriormente
