Важнейшее открытие в квантовой и классической обработке данных

Исследователи впервые достигли с помощью электроники регулируемого взаимодействия между микроволнами и явлением в определенных магнитных материалах, называемым спиновыми волнами. Это может найти применение в квантовой и классической обработке информации.

Работая с теоретиками из Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета, исследователи Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) достигли научного контроля, который является первым в своем роде. Они продемонстрировали новый подход, который позволяет в реальном времени контролировать взаимодействия между микроволновыми фотонами и магнонами, что может привести к прогрессу в электронных устройствах и квантовой обработке сигналов.

Микроволновые фотоны - это элементарные частицы, образующие электромагнитные волны, которые мы используем для беспроводной связи. С другой стороны, магноны - это элементарные частицы, образующие то, что ученые называют «спиновыми волнами» - волновые возмущения в упорядоченном массиве микроскопических выровненных спинов, которые могут возникать в определенных магнитных материалах.

В последние годы микроволновое фотонно-магнонное взаимодействие стало многообещающей платформой как для классической, так и для квантовой обработки информации. Однако до сих пор этим взаимодействием было невозможно манипулировать в реальном времени.

«До нашего открытия управление фотон-магнонным взаимодействием было похоже на выпуск стрелы в воздух, - сказал Сюйфэн Чжан (Xufeng Zhang), научный сотрудник Центра наноразмерных материалов, пользовательского центра Министерства энергетики в Аргонне, и автор этой работы. - В полете никто не может контролировать эту стрелу».

Открытие команды изменило это. «Теперь это больше похоже на полет на дроне, где мы можем направлять и контролировать его полет с помощью электроники», - сказал Чжан.

Путем умной инженерии команда использует электрический сигнал, чтобы периодически изменять частоту колебаний магнонов и тем самым вызывать эффективное магнон-фотонное взаимодействие. Результатом является первое в мире микроволново-магнонное устройство с возможностью настройки по запросу.

Устройство может контролировать силу фотон-магнонного взаимодействия в любой момент, когда информация передается между фотонами и магнонами. Оно даже может полностью включать и выключать взаимодействие. Благодаря этой возможности настройки ученые могут обрабатывать информацию и манипулировать ею способами, которые намного превосходят современные гибридные магнонные устройства.

«Исследователи искали способ контролировать это взаимодействие в течение последних нескольких лет», - отметил Чжан. Открытие команды предоставляет новое направление для обработки сигналов на основе магнонов и должно привести к созданию электронных устройств с новыми возможностями. Это также может позволить важные приложения для квантовой обработки сигналов, где микроволновые и магнонные взаимодействия исследуются в качестве многообещающего кандидата для передачи информации между различными квантовыми системами.

Устройство команды находится в центре. Стрелка указывает направление спинового возбуждения магнонов. Пурпурный кожух соответствует измерениям коэффициента отражения. Разделенные более темные линии на каждой стороне, которые пересекаются вверху, указывают на настраиваемую сильную фотон-магнонную связь