科學(xué)家將磁化與超導(dǎo)耦合用于量子發(fā)現(xiàn)

通過將磁行為耦合到超導(dǎo)電路，阿貢的科學(xué)家為量子信息系統(tǒng)鋪平了道路。

量子計算有望徹底改變科學(xué)家處理和操縱信息的方式。量子技術(shù)的物理和物質(zhì)基礎(chǔ)仍在探索中，研究人員繼續(xù)尋找新的方法來在量子水平上操縱和交換信息。

在最近的一項研究中，美國能源部(DOE)阿爾貢國家實驗室的科學(xué)家創(chuàng)造了一種基于芯片的小型化超導(dǎo)電路，該電路將稱為自旋子的磁自旋的量子波耦合到等效能量的光子。通過開發(fā)這種結(jié)合了磁性和超導(dǎo)電性以處理量子信息的“芯片上”方法，這一基本發(fā)現(xiàn)將有助于為量子計算的未來發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

磁振子在磁性有序系統(tǒng)中以磁性材料中的激發(fā)形式出現(xiàn)，從而引起材料中每個原子的磁化方向發(fā)生振蕩，這種現(xiàn)象稱為自旋波。該研究的作者阿貢大學(xué)材料科學(xué)家瓦倫丁·諾沃薩德說：“您可以把它想象成一堆羅盤針，這些羅盤針都磁連接在一起。” “如果你朝一個特定的方向踢，它將引起一波波傳播通過其余的波。”

就像光子既可以看作波又可以看作粒子一樣，強子也一樣。這項研究的另一位作者阿爾貢博士后研究員艾利說：“由光子代表的電磁波等同于由磁振子代表的自旋波，兩者是彼此類似的。”

由于光子和磁子彼此之間有著如此緊密的關(guān)系，并且都包含磁場分量，因此阿貢大學(xué)的科學(xué)家尋求將兩者耦合在一起的方法。磁振子和光子通過超導(dǎo)微波腔相互“交談”，該腔攜帶的微波光子的能量與可以配對的磁系統(tǒng)中的磁振子的能量相同。

使用具有共面幾何形狀的超導(dǎo)諧振器被證明是有效的，因為它使研究人員能夠以低損耗傳輸微波電流。此外，它還允許他們方便地定義光子的頻率以耦合到磁振子。

諾沃薩德說：“通過將正確長度的諧振器與正確的磁振子和光子能量配對，我們實質(zhì)上在創(chuàng)建一種用于能量和量子信息的回波腔。” “激發(fā)在共振器中停留的時間更長，而在進行量子計算時，這些正是我們執(zhí)行操作的寶貴時刻。”

因為諧振器的尺寸決定了微波光子的頻率，所以需要磁場來調(diào)整磁振子以使其匹配。

諾瓦薩德說：“你可以把它想像成吉他或小提琴的調(diào)音。” “弦的長度-在這種情況下，是我們的光子共振器-是固定的。對于磁振子，我們可以通過調(diào)整施加的磁場來獨立地調(diào)節(jié)樂器，這類似于修改弦上的張力量。串。”

李說，最終，超導(dǎo)和磁系統(tǒng)的結(jié)合可以使磁子和光子精確地耦合和解耦，從而為操縱量子信息提供了機會。