Las interacciones magnéticas pueden referirse a dispositivos cuánticos a pequeña escala.

Desde las máquinas de resonancia magnética hasta el almacenamiento en el disco duro de la computadora, el magnetismo ha desempeñado un papel en los descubrimientos fundamentales que están remodelando nuestra sociedad. En el nuevo campo de la computación cuántica, las interacciones magnéticas podrían desempeñar un papel en la transmisión de información cuántica.

En una nueva investigación del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), los científicos han encontrado un acoplamiento cuántico efectivo entre dos dispositivos magnéticos de largo alcance, que pueden albergar un tipo específico de excitaciones magnéticas llamadas magnetones. Esta excitación se produce cuando una corriente eléctrica genera un campo magnético. El acoplamiento permite que los magnetones intercambien energía e información. Este tipo de acoplamiento puede ser útil para crear nuevos dispositivos para la tecnología de la información cuántica.

«El acoplamiento a distancia de magnetones es el primer paso, o casi un requisito previo, para realizar trabajo cuántico utilizando sistemas magnéticos», dijo el científico jefe de Argonne, Valentin Novosad, autor del estudio. «Mostramos la capacidad de estos imanes para comunicarse instantáneamente entre sí a distancia».

Esta comunicación instantánea no requiere que se envíe un mensaje entre los imanes unidos a la velocidad de la luz. Es similar a lo que los físicos llaman entrelazamiento cuántico.

Seguir desde Estudio 2019Los investigadores buscaron crear un sistema que permitiera que las excitaciones magnéticas se comunicaran entre sí a distancia en un circuito superconductor. Esto permitiría que los magnetones formaran la base de una especie de computadora cuántica. Para los cimientos fundamentales de una computadora cuántica viable, los investigadores necesitan que las partículas se acoplen y permanezcan unidas durante mucho tiempo.

Para lograr un fuerte efecto de acoplamiento, los investigadores construyeron un circuito superconductor y utilizaron dos pequeñas bolas magnéticas de granate de hierro itrio (YIG) incrustadas en el circuito. Este material, que soporta la excitación magnética, asegura un acoplamiento eficiente y de baja pérdida de los campos magnéticos.

Las dos esferas están conectadas magnéticamente a un resonador superconductor común al circuito, que actúa como una línea telefónica para crear un fuerte acoplamiento entre las dos esferas incluso cuando están a un centímetro de distancia entre sí, 30 veces la distancia de sus diámetros.

«Este es un logro importante», dijo Yi Li, científico de materiales en Argonne, autor principal del estudio. «También se pueden observar efectos similares entre magnetrones y resonadores superconductores, pero esta vez lo hicimos entre dos magnetrones sin interacción directa. El acoplamiento proviene de la interacción indirecta entre los dos dominios y el co-resonador superconductor».

Una mejora adicional en comparación con el estudio de 2019 incluyó la mayor coherencia de los magnetones en el MR. “Si hablas en una cueva, es posible que escuches un eco”, dijo Novosad. “Cuanto más resuena el sonido, mayor es la coherencia”.

«Antes, ciertamente hemos visto una relación entre los magnetones y un resonador superconductor, pero en este estudio sus tiempos de coherencia son mucho más largos debido al uso de esferas, por lo que podemos ver evidencia de magnetones separados hablando entre sí». agregó Lee.

Según Li, debido a que los espines magnéticos están altamente concentrados en el dispositivo, el estudio podría apuntar a dispositivos cuánticos de pequeña escala. «Es posible que pequeños imanes puedan ocultar el secreto de las nuevas computadoras cuánticas», dijo.

Los dispositivos magnéticos se fabricaron en el Centro de Materiales a Nanoescala de Argonne, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE.

papel basado en el estudio,”Acoplamiento coherente de dos resonadores magnéticos remotos por circuitos superconductores”, en la edición del 24 de enero de Physical Review Letters.

Otros autores del estudio son Volodymyr Yevremenko de Argonne, Marharyta Lisovenko, Tomas Polakovic, Thomas Cecil, Pete Barry, John Pearson, Ralu Divan, Clarence Chang, Ulrich Welp y Wai-Kwong Kwok. Cody Trevelyan y Vasyl Tiberkevich de la Universidad de Oakland en Michigan también contribuyeron a la investigación.

La investigación fue financiada por la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía (Oficina de Ciencias Básicas de la Energía).

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