Manyetik malzemelerdeki spin uyarılarının kolektif kuantum davranışından yararlanan cihazlar – magnon olarak bilinir – kuantum bilgi işlem cihazlarını iyileştirme potansiyeline sahiptir. Bununla birlikte, kuantum cihazlarda magnonların kullanılması, doğaları ve sınırlamaları hakkında derinlemesine bir şekilde anlaşılmasını gerektirir. Yeni bir deneysel teknik, daha önce keşfedilmemiş rejimlerde magnon davranışını hassas bir şekilde karakterize etmek için süper iletken kubitleri kullanır.
Illinois Üniversitesi Urbana-Champaign Üniversitesi Grainger Mühendislik Koleji’ndeki araştırmacılar dergide rapor ettiler Fiziksel İnceleme Uygulandı Ferromanyetik malzemelerdeki çok heyecanlı magnon davranışı, malzemenin bir mikrodalga boşluğu yoluyla süper iletken bir kubbit ile birleştirilmesi ile doğru bir şekilde karakterize edilebilir. Bu kurulum, araştırmacıların binlerce uyarım mevcut olduğunda hem magnon sayısını hem de yaşamlarını karakterize etmelerini sağladı, bu da iyi incelenmemiş bir rejim.
Çalışmanın baş yazarı Sonia Rani, “Kuantum bilgi işlem uygulamalarında yararlı olabilmek için, magnon sistemleri üzerindeki sınırlamaların düzgün bir şekilde anlaşılması gerekiyor.” Dedi. “Sorun şu ki, belirli etkilerin önemli hale gelmesi için iyi bir teori olmaması ve eğer onların zararlı etkilere yol açmasını beklemeliyiz.
“Deneyimiz, bu manyetik sistemlerdeki magnonları geniş bir aralıkta incelemek için süper iletken kubitleri esnek dedektörler olarak kullanabileceğimizi gösteriyor, bu da hem kuantum hesaplama bağlantısı hem de temel bilim için heyecan verici.”
Magnon cihazları, cihazın yalnızca bir yönde akmasına izin verdiği, rejinsizlik gibi işlevlere sahip kuantum bilgisayarları geliştirebilir ve farklı sistemler için farklı çalışma frekansları arasında dönüşüm veya dönüşüm.
Bu işlevler doğrusal magnon davranışını varsayar veya malzemedeki magnon uyarılarının birbiriyle etkileşime girmemesi ve sönümlemelerinin basit, ampirik modellerle iyi tanımlandığını. Bu varsayımların hangi noktaların bozulmasının ve bunun kuantum aygıt uygulamaları için önemli olup olmadığı belirsizdir.
Çok sayıda magnon mevcut olan sistemleri keşfetmek için, Rani ve arkadaşları Illinois fizik profesörü Wolfgang Pfaff araştırma grubundaki süper iletken kupit adı verilen bir cihaz kullandı – elektrik alanlarına duyarlılığı da hassas ölçüm için yararlı hale getiren kuantum bilgi işlem bileşeni. Elektromanyetik dalgaların elektrik ve manyetik alanlar arasında dönüşümü kolaylaştırdığı bir mikrodalga boşluğu ile manyetik alanlara duyarlı olan magnon cihazına bağladılar.
Deney, araştırmacıların Magnon dinamiklerini iki teknikle keşfetmelerine izin verdi. Birinci, dağıtıcı frekans kayması, mevcut magnon sayısı ile süper iletken kubbit operasyon sıklığı arasındaki ilişkiden yararlanır. Bu, araştırmacıların mevcut magnon sayısını%0.5’lik bir hata ile tespit etmelerini sağladı.
İkincisi, parametrik pompalama, kubbit ve magnonlar arasında geçici olarak bir etkileşim oluşturmak ve gücünü kontrol etmek için kullanılabilir. Bu, mevcut magnon sayısının başka bir ölçümünü sağladı ve magnon uyarımlarının bozulmasının izlenmesine izin verdi.
Rani, “Parametrik pompalama özellikle çekici çünkü sistem zamanında geliştikçe magnon dinamiklerini doğru bir şekilde keşfetmemize izin veriyor ve bunu süper iletken kubbit sensörünü bozmayacak bir şekilde yapıyor.” Dedi. “Magnon dinamiklerini izlemek için ideal esnek, entegre bir yaklaşım.”
Bu çalışmada araştırmacılar tarafından keşfedilen materyal olan Yttrium-Iron-Garnet, 2.000 magnon uyarısının iyi anlaşılmış sönümleme özelliklerine sahip doğrusal davranış sergilemiştir. Gelecekteki çalışmalar, magnonların birbirleriyle etkileşime girdiği doğrusal olmayan etkilerin başlangıcını ve etkisini keşfetmek için daha güçlü uyarılara sahip daha fazla manyetik malzemeleri keşfedebilir.
Pfaff, “Bu çalışma, iki şekilde yeni çeşitler için zemin hazırlıyor.” Dedi. “Birincisi, süper iletken kubitleri ve manyetik sistemleri nasıl entegre edebileceğimizi çok pratik bir şekilde gösteriyor – normalde birbirleriyle çelişen iki platformlar. Ve ikincisi, bir kuantum cihazının performansını tehlikeye atacak olmayanlar için manyetik sistemleri ‘taramamıza’ izin veriyor.”
