Международной группе физиков удалось увеличить время жизни магнонов — крошечных волн в намагниченности материала — до 18 микросекунд, что почти в сто раз превышает предыдущие показатели. Ранее этот параметр составлял не более нескольких сотен наносекунд, что делало магноны непригодными для практического использования в квантовых вычислениях.
Достижение открывает путь к созданию мини-квантовых компьютеров размером с монету, поскольку ограничение времени жизни связано не с фундаментальными законами, а только с чистотой материала.
Магноны распространяются в твердых магнитных материалах, подобно кругам на воде. Их длина волны может достигать нанометрового диапазона, что позволяет создавать на их основе компактные схемы размером с чип современного смартфона. Кроме того, магноны легко взаимодействуют с другими квазичастицами, такими как фононы и фотоны, что делает их перспективными для гибридных квантовых систем и квантовой метрологии.
Основным препятствием до сих пор оставалась короткая продолжительность жизни магнонов, ограничивавшая их способность надежно переносить квантовую информацию. Новый результат стал возможен благодаря двум решениям. Во-первых, исследователи использовали коротковолновые магноны, которые нечувствительны к поверхностным дефектам кристалла — именно эти дефекты ранее ограничивали время жизни. Во-вторых, образцы из сверхчистого иттрий-железного граната (YIG) охлаждались в криостате до температуры 30 милликельвинов, что практически останавливает все тепловые процессы, разрушающие магноны.
Важнейшим выводом работы стало то, что оставшееся ограничение времени жизни связано не с фундаментальными законами физики, а с микроскопическими примесями в кристалле. При сравнении трех сфер разной чистоты оказалось, что чем чище материал, тем дольше живут магноны. Даже самый загрязненный образец превзошел все прежние рекорды.
С временем жизни 18 микросекунд магноны становятся пригодны для создания квантовой памяти и каналов связи на кристалле. Они могут выполнять роль универсальной «квантовой шины», соединяющей сотни кубитов, что необходимо для масштабируемых квантовых компьютеров. Кроме того, благодаря способности связываться с разными квантовыми системами, магноны могут служить универсальными трансляторами в гибридных квантовых архитектурах.
Читайте также: «Искусственный интеллект решил одну из сложнейших математических задач».