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De minuscules aimants pourraient détenir le secret des nouveaux ordinateurs quantiques

De minuscules aimants pourraient détenir le secret des nouveaux ordinateurs quantiques

Les interactions magnétiques pourraient pointer vers des dispositifs quantiques miniaturisables.

Des appareils d’IRM au stockage sur disque dur d’ordinateur, le magnétisme a joué un rôle dans des découvertes fondamentales qui ont refaçonné notre société. Dans le nouveau domaine de l’informatique quantique, les interactions magnétiques pourraient jouer un rôle dans la transmission de l’information quantique.

Dans une nouvelle recherche du Laboratoire national d’Argonne du Département américain de l’énergie (DOE), des scientifiques ont obtenu un couplage quantique efficace entre deux dispositifs magnétiques distants, qui peuvent héberger certains types d’excitations magnétiques appelées magnons. Ces excitations se produisent lorsqu’un courant électrique génère un champ magnétique. Le couplage permet aux magnons d’échanger de l’énergie et des informations. Ce type de couplage peut être utile pour créer de nouveaux dispositifs de technologie de l’information quantique.

« Le couplage à distance des magnons est la première étape, ou presque une condition préalable, pour effectuer un travail quantique avec des systèmes magnétiques », a déclaré Valentine Novosad, scientifique principale à Argonne, auteur de l’étude. « Nous montrons la capacité de ces magnons à communiquer instantanément entre eux à distance. »

Cette communication instantanée ne nécessite pas l’envoi d’un message entre magnons limité par la vitesse de la lumière. C’est analogue à ce que les physiciens appellent l’intrication quantique.

Suite à une étude de 2019, des chercheurs ont cherché à créer un système qui permettrait aux excitations magnétiques de communiquer entre elles à distance dans un circuit supraconducteur. Cela permettrait aux magnons de constituer potentiellement la base d’un type d’ordinateur quantique. Pour les fondations de base d’un ordinateur quantique viable, les chercheurs ont besoin que les particules se couplent et restent couplées pendant longtemps.

Pour obtenir un fort effet de couplage, les chercheurs ont construit un circuit supraconducteur et utilisé deux petites sphères magnétiques en grenat de fer et d’yttrium (YIG) intégrées dans le circuit. Ce matériau, qui supporte les excitations magnoniques, assure un couplage efficace et à faibles pertes des sphères magnétiques.

Les deux sphères sont couplées magnétiquement à un résonateur supraconducteur partagé dans le circuit, qui agit comme une ligne téléphonique pour créer un couplage fort entre les deux sphères, même lorsqu’elles sont distantes de près d’un centimètre, soit 30 fois la distance de leurs diamètres. . .

« Il s’agit d’une réalisation importante », a déclaré le scientifique des matériaux d’Argonne, Yi Li, auteur principal de l’étude. « Des effets similaires peuvent également être observés entre les magnons et les résonateurs supraconducteurs, mais cette fois nous l’avons fait entre deux résonateurs magnon sans interaction directe. Le couplage provient de l’interaction indirecte entre les deux sphères et le résonateur supraconducteur partagé. »

Une autre amélioration par rapport à l’étude de 2019 concernait la cohérence accrue des magnons dans l’IRM. « Si vous parlez dans une grotte, vous pouvez entendre un écho », a déclaré Novosad. « Plus cet écho dure longtemps, plus la cohérence est longue. »

« Plus tôt, nous avons certainement vu une relation entre les magnons et un résonateur supraconducteur, mais dans cette étude, leurs temps de cohérence sont beaucoup plus longs en raison de l’utilisation des sphères, nous pouvons donc voir des preuves que des magnons séparés se parlent », a ajouté Li. . .

Selon Li, étant donné que les spins magnétiques sont fortement concentrés dans le dispositif, l’étude pourrait indiquer des dispositifs quantiques miniaturisables. « Il est possible que de minuscules aimants détiennent le secret des nouveaux ordinateurs quantiques », a-t-il déclaré.

Source de l’histoire :

Matériaux fourni par DOE/Laboratoire National d’Argonne. Original écrit par Jared Sagoff. Remarque : le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.