Прорыв в области магнонов позволит уменьшить квантовые компьютеры до размеров монеты

Магноны — это крошечные волны намагниченности, которые распространяются в твердых магнитных материалах подобно ряби на воде после падения камня. В отличие от фотонов, которые могут перемещаться в пустом пространстве или по оптическим волокнам, магноны движутся внутри магнитных твердых тел.

Длина их волны может уменьшаться до нанометрового масштаба, а это значит, что магнонные схемы теоретически могут уместиться на чипах размером с те, что используются в современных смартфонах. Поскольку магноны — это возбуждения в твердом теле, они могут естественным образом взаимодействовать со многими другими фундаментальными квазичастицами, включая фононы и фотоны, что делает их перспективными компонентами для гибридных квантовых систем и квантовой метрологии.

Основным ограничением было чрезвычайно короткое время жизни магнонов. До сих пор магноны могли надежно передавать квантовую информацию в лучшем случае в течение нескольких сотен наносекунд, что слишком мало для практических квантовых вычислений.

Команда физиков из Венского университета сообщила о значительном прогрессе в этой области: время жизни магнонов увеличилось до 18 микросекунд, что почти в сто раз больше, чем при любых предыдущих наблюдениях. Это открывает путь к созданию квантового компьютера размером с одноцентовую монету. На таком уровне магноны перестают вести себя как короткоживущие сигналы и начинают напоминать надежные носители квантовой информации, сравнимые со сверхпроводящими кубитами, которые используются в ведущих современных квантовых процессорах. Результаты исследования были недавно опубликованы в журнале Science Advances.

Ученым удалось добиться прогресса благодаря сочетанию двух стратегий. Во-первых, вместо обычных однородных магнонов они использовали магноны с короткой длиной волны, на которые дефекты на поверхности кристалла влияют в меньшей степени. В предыдущих экспериментах эти поверхностные дефекты ограничивали время жизни магнонов.

Во-вторых, исследователи поместили сверхчистые сферы из железо-иттриевого граната (YIG) в криостат со смешанной фазой и охладили их до 30 милликельвинов — всего на несколько градусов выше абсолютного нуля. При таких низких температурах тепловые процессы, которые обычно разрушают магноны, фактически останавливаются.

Команда также показала, что остаточный предел времени жизни магнонов не определяется фундаментальными законами физики. Вместо этого он зависит от крошечных примесей в кристалле. Исследователи протестировали три сферы с разным уровнем чистоты и выявили четкую закономерность: чем чище материал, тем дольше живут магноны. Даже наименее чистый образец превзошел все предыдущие рекорды. Это означает, что будущие улучшения могут зависеть в основном от прогресса в материаловедении, а не от открытия новых физических законов.

Время жизни магнонов, составляющее 18 микросекунд, может превратить их из слабых промежуточных звеньев в надежные квантовые накопители и эффективные каналы связи на чипе. Они могут соединять сотни кубитов через общий канал, служа долгожданной квантовой шиной для масштабируемых квантовых компьютеров.

Телеграм: t.me/ainewsline

Источник: russianelectronics.ru

Источник: ai-news.ru