Kleine magneten kunnen het geheim van nieuwe kwantumcomputers verbergen – ScienceDaily

Van MRI-machines tot opslag op de harde schijf van een computer, magnetisme heeft een rol gespeeld bij cruciale ontdekkingen die onze samenleving opnieuw vormgeven. In het nieuwe veld van kwantumcomputing zouden magnetische interacties een rol kunnen spelen bij het verzenden van kwantuminformatie.

In nieuw onderzoek van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) hebben wetenschappers een effectieve kwantumkoppeling bedacht tussen twee magnetische apparaten met een groot bereik, die een specifiek type magnetische excitaties, magnetons genaamd, kunnen herbergen. Deze excitatie treedt op wanneer een elektrische stroom een ​​magnetisch veld opwekt. Door koppeling kunnen de magnetons energie en informatie uitwisselen. Dit type koppeling kan nuttig zijn voor het maken van nieuwe apparaten voor kwantuminformatietechnologie.

“Koppeling op afstand van magnetons is de eerste stap, of bijna een vereiste, om kwantumwerk te doen met behulp van magnetische systemen”, zegt hoofdwetenschapper Valentin Novosad van Argonne, een auteur van het onderzoek. “We tonen het vermogen van deze magneten om op afstand direct met elkaar te communiceren.”

Voor deze directe communicatie hoeft geen bericht te worden verzonden tussen de magneten die met de snelheid van het licht zijn gebonden. Het is vergelijkbaar met wat natuurkundigen kwantumverstrengeling noemen.

Na een studie uit 2019 probeerden onderzoekers een systeem te creëren waarmee magnetische excitaties op afstand met elkaar kunnen praten in een supergeleidend circuit. Hierdoor zouden magnetons de basis kunnen vormen van een soort kwantumcomputer. Voor de fundamentele fundamenten van een levensvatbare kwantumcomputer hebben onderzoekers het nodig dat de deeltjes gekoppeld zijn en lange tijd aan elkaar gekoppeld blijven.

Om een ​​sterk koppelingseffect te bereiken, bouwden de onderzoekers een supergeleidend circuit en gebruikten ze twee kleine magnetische balletjes van yttrium-ijzer-granaat (YIG) ingebed in het circuit. Dit materiaal, dat magnetische excitatie ondersteunt, zorgt voor een efficiënte, verliesarme koppeling van de magnetische velden.

De twee bollen zijn magnetisch verbonden met een supergeleidende resonator die gemeenschappelijk is voor het circuit, die fungeert als een telefoonlijn om een ​​sterke koppeling tussen de twee bollen te creëren, zelfs als ze zich binnen een centimeter van elkaar bevinden – 30 keer de afstand van hun diameter.

“Dit is een belangrijke prestatie”, zegt Yi Li, een materiaalwetenschapper bij Argonne, de hoofdauteur van de studie. Vergelijkbare effecten kunnen ook worden waargenomen tussen magnetrons en supergeleidende resonatoren, maar deze keer deden we het tussen twee magnetrons zonder directe interactie. De koppeling komt van de indirecte interactie tussen de twee domeinen en de supergeleidende co-resonator.”

Een extra verbetering ten opzichte van de studie van 2019 was de langere coherentie van de magnetons in de MR. “Als je in een grot spreekt, hoor je misschien een echo”, zei Novosad. “Hoe langer het geluid resoneert, hoe groter de samenhang.”

“Vroeger hebben we zeker een verband gezien tussen magnetons en een supergeleidende resonator, maar in deze studie zijn hun coherentietijden veel langer vanwege het gebruik van bollen, daarom kunnen we bewijs zien van afzonderlijke magnetons die met elkaar praten,” voegde Lee eraan toe.

Omdat de magnetische spins sterk geconcentreerd zijn in het apparaat, zou het onderzoek volgens Li kunnen wijzen op kleinschalige kwantumapparaten. “Het is mogelijk dat kleine magneten het geheim van nieuwe kwantumcomputers kunnen verbergen”, zei hij.

Bron verhaal:

Materialen Introductie van Ministerie van Energie/Argonne National Laboratory. Origineel door Jared Sagoff. Opmerking: inhoud kan worden aangepast aan stijl en lengte.