septembre 27, 2022

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Les petits aimants peuvent détenir le secret d’une nouvelle qualité

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Image : Schéma de principe du circuit de couplage distal Magnon-Magon. Deux sphérules YIG monocristallines sont intégrées dans le circuit résonateur supraconducteur planaire NbN, dans lequel le photon micro-onde assure une interaction magnéto-magnétique cohérente.
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Crédit : (Photo publiée avec l’aimable autorisation de Yi Li/Argonne National Laboratory.)

Les interactions magnétiques peuvent faire référence à des dispositifs quantiques à petite échelle.

Des appareils d’IRM au stockage sur disque dur d’ordinateur, le magnétisme a joué un rôle dans des découvertes cruciales qui remodèlent 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 un type spécifique d’excitations magnétiques appelées magnétons. Cette excitation se produit lorsqu’un courant électrique génère un champ magnétique. Le couplage permet aux magnétons d’échanger de l’énergie et des informations. Ce type de couplage peut être utile pour créer de nouveaux dispositifs pour l’informatique quantique.

« Le couplage à distance des magnétons est la première étape, ou presque une condition préalable, pour effectuer un travail quantique à l’aide de systèmes magnétiques », a déclaré le scientifique en chef d’Argonne, Valentin Novosad, auteur de l’étude. « Nous montrons la capacité de ces aimants à communiquer instantanément entre eux à distance. »

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

Suivre de Etude 2019Les chercheurs ont cherché à créer un système qui permettrait aux excitations magnétiques de se parler à distance dans un circuit supraconducteur. Cela permettrait aux magnétons de former la base d’une sorte d’ordinateur quantique. Pour les fondations fondamentales d’un ordinateur quantique viable, les chercheurs ont besoin que les particules soient couplées et restent liées pendant longtemps.

Afin d’obtenir un fort effet de couplage, les chercheurs ont construit un circuit supraconducteur et ont utilisé deux petites billes magnétiques de grenat de fer et d’yttrium (YIG) intégrées dans le circuit. Ce matériau, qui supporte l’excitation magnétique, assure un couplage efficace et à faibles pertes des champs magnétiques.

Les deux sphères sont connectées magnétiquement à un résonateur supraconducteur commun au circuit, qui agit comme une ligne téléphonique pour créer un couplage fort entre les deux sphères même lorsqu’elles sont à moins d’un centimètre l’une de l’autre – 30 fois la distance de leurs diamètres.

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

Une amélioration supplémentaire par rapport à l’étude de 2019 comprenait la cohérence plus longue des magnétons dans le MR. « Si vous parlez dans une grotte, vous pourriez entendre un écho », a déclaré Novosad. « Plus le son résonne longtemps, plus la cohérence est grande. »

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

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

Les dispositifs magnétiques ont été fabriqués au Center for Nanoscale Materials d’Argonne, une installation utilisateur du DOE Office of Science.

document basé sur l’étude, « Couplage cohérent de deux résonateurs magnétiques distants par des circuits supraconducteurs», dans le numéro du 24 janvier de Physical Review Letters.

Les autres auteurs de l’étude sont Volodymyr Yevremenko d’Argonne, Marharyta Lisovenko, Tomas Polakovic, Thomas Cecil, Pete Barry, John Pearson, Ralu Divan, Clarence Chang, Ulrich Welp et Wai-Kwong Kwok. Cody Trevelyan et Vasyl Tiberkevich de l’Université d’Oakland au Michigan ont également contribué à la recherche.

La recherche a été financée par le Bureau des sciences du Département de l’énergie (Bureau des sciences énergétiques fondamentales).

Laboratoire National d’Argonne Il cherche à trouver des solutions aux problèmes nationaux urgents en matière de science et de technologie. Argonne, premier laboratoire national du pays, mène des recherches scientifiques fondamentales et appliquées révolutionnaires dans presque toutes les disciplines scientifiques. Les chercheurs d’Argonne travaillent en étroite collaboration avec des chercheurs de centaines d’entreprises, d’universités et d’agences fédérales, étatiques et municipales pour les aider à résoudre leurs problèmes spécifiques, faire progresser le leadership scientifique américain et préparer la nation à un avenir meilleur. Avec des collaborateurs de plus de 60 pays, Argonne est dirigée par UChicago Argonne, LLC pour Bureau des sciences du département américain de l’énergie.

Bureau des sciences du département américain de l’énergie C’est le plus grand soutien de la recherche fondamentale en sciences physiques aux États-Unis et s’efforce de relever certains des défis les plus urgents de notre époque. Pour plus d’informations, visitez https://energy.gov/science.


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