_ Quantum talk cu magnetic discuri

Computerele cuantice promit să rezolve unele dintre cele mai dificile probleme cu care se confruntă omenirea astăzi. Deși s-a acordat multă atenție calculării informațiilor cuantice, transducția informațiilor în cadrul rețelelor cuantice este la fel de crucială în materializarea potențialului acestei noi tehnologii.

Rezolvând această nevoie, o echipă de cercetare de la Helmholtz- Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) introduce acum o nouă abordare pentru transducerea informațiilor cuantice. Echipa a manipulat biții cuantici, așa-numiții qubiți, prin valorificarea câmpului magnetic al magnonilor - excitații sub formă de unde într-un material magnetic - care apar în discuri magnetice microscopice. Cercetătorii și-au prezentat rezultatele în revista Science Advances.

Constructia unui computer cuantic programabil, universal, reprezintă una dintre cele mai provocatoare eforturi inginerești și științifice ale vremurilor noastre. Realizarea unui astfel de computer are un potențial mare pentru diverse domenii industriale, cum ar fi logistica, finanțele și farmaceutica. Cu toate acestea, construcția unui computer cuantic practic a fost împiedicată de fragilitatea intrinsecă a modului în care informațiile sunt stocate și procesate în această tehnologie. Informația cuantică este codificată în qubiți, care sunt extrem de sensibili la zgomotul din mediul lor. Fluctuațiile termice minuscule, o fracțiune de grad, ar putea perturba complet calculul.

Acest lucru i-a determinat pe cercetători să distribuie funcționalitățile computerelor cuantice între blocuri distincte distincte, într-un efort de a reduce ratele de eroare și de a valorifica avantaje complementare de la constituenții lor.

„Cu toate acestea, acest lucru pune problema transferului informațiilor cuantice între module într-un mod în care informațiile să nu piardă”, spune cercetătorul HZDR Mauricio Bejarano, primul autor al lucrării publicația. „Cercetarea noastră se află tocmai în această nișă specifică, transducerea comunicării între module cuantice distincte.”

Metoda stabilită în prezent de a transfera informații cuantice și de a adresa qubiți este prin antene cu microunde. Aceasta este abordarea folosită de Google și IBM în cipurile lor supraconductoare, platforma tehnologică care se află în fruntea acestei curse cuantice.

„Noi, pe de altă parte, abordăm qubiții cu magnoni”, spune HZDR. fizicianul Helmut Schultheiss, care a supravegheat lucrarea. „Acestea pot fi considerate unde de excitație magnetică care trec printr-un material magnetic. Avantajul aici este că lungimea de undă a magnonilor se află în intervalul micrometric și este semnificativ mai scurtă decât undele centimetrice ale tehnologiei convenționale cu microunde. În consecință, amprenta de microunde a magnonii costă mai puțin spațiu în cip.”

Grupul HZDR a investigat interacțiunea magnonilor și qubiților formați din locurile libere ale atomilor de siliciu în structura cristalină a carburii de siliciu, un material folosit în mod obișnuit în electronica de mare putere. Astfel de tipuri de qubiți sunt denumite în mod obișnuit qubiți de spin, având în vedere că informațiile cuantice sunt codificate în starea de spin a postului vacant. Dar cum pot fi utilizați magnonii pentru a controla aceste tipuri de qubiți?

„De obicei, magnonii sunt generați cu antene cu microunde. Aceasta pune problema că este foarte dificil să se separe unitatea de microunde care vine de la antenă de unul care vine de la magnoni”, explică Bejarano.

Pentru a izola microundele de magnoni, echipa HZDR a folosit un fenomen magnetic exotic observabil pe discuri magnetice microscopice dintr-un aliaj nichel-fier.

Echipa de cercetare subliniază că nu a efectuat încă niciun calcul cuantic. Cu toate acestea, ei au arătat că este fundamental fezabil să se abordeze qubiții exclusiv cu magnoni.

„Până în prezent, comunitatea de inginerie cuantică nu și-a dat seama încă că magnonii pot fi folosiți pentru a controla qubiții”, subliniază Schultheiss. „Dar experimentele noastre demonstrează că aceste unde magnetice ar putea fi într-adevăr utile.”

Pentru a-și dezvolta în continuare abordarea, echipa se pregătește deja pentru planurile lor de viitor: vor să încerce să controleze mai multe persoane apropiate. qubiții în așa fel încât magnonii să-și medieze procesul de întricare – o condiție prealabilă pentru efectuarea calculelor cuantice.

Viziunea lor este că, pe termen lung, magnonii ar putea fi excitați de curenți electrici direcți cu atâta precizie încât ei în mod specific și se adresează exclusiv unui singur qubit într-o matrice de qubits. Acest lucru ar face posibilă utilizarea magnonilor ca magistrală cuantică programabilă pentru a aborda qubiții într-un mod extrem de eficient. Deși mai este mult de lucru, cercetarea grupului evidențiază faptul că combinarea sistemelor magnonice cu tehnologiile cuantice ar putea oferi informații utile pentru dezvoltarea unui computer cuantic practic în viitor.

(Fluierul)