Malé magnetické vlny by mohly odemknout kvantové počítače velikosti mince

Foto: AI/ScienceDaily

Úvod do průlomu v kvantové technologii

Vědci z University of Vienna dosáhli významného průlomu v kvantové technologii, kdy přeměnili prchavé magnetické vlny, známé jako magnony, na dlouhodobé nosiče kvantových informací. Tento objev přibližuje možnost vytvoření kvantových počítačů velikosti mince.

Autor původního článku: redakce

Prodloužení životnosti magnonů

Výzkumníci prodloužili životnost magnonů téměř 100krát, dosahující až 18 mikrosekund, což překonává jednu z největších překážek jejich využití v kvantovém počítání. Tento pokrok by mohl nakonec pomoci vytvořit ultra-kompaktní kvantové počítače, potenciálně malé jako mince o hodnotě 1 centu.

Význam kvality materiálu

Mezinárodní tým vedený Andriiem Chumakem z University of Vienna také odhalil důležitý poznatek: životnost magnonů není omezena fyzikálními zákony, ale kvalitou materiálu, kterým se pohybují. Jejich zjištění byla publikována v časopise Science Advances.

Co jsou magnony?

Magnony jsou malé vlny magnetizace, které se pohybují skrze magnetické pevné látky. Mohou být přirovnány k vlnkám šířícím se po rybníku po vhození kamene. Na rozdíl od fotonů, které cestují prázdným prostorem nebo optickými vlákny, magnony zůstávají uvnitř magnetických materiálů. Díky tomu, že jejich vlnové délky mohou zmenšit na pouhých několik nanometrů, by obvody založené na magnonech mohly potenciálně zapadnout na čipy ne větší než ty, které se nacházejí ve smartphonech.

Řešení problému životnosti magnonů

Po mnoho let byla jednou z největších výzev technologie magnonů jejich extrémně krátká životnost. Protože mohly přežít pouze několik stovek nanosekund, mizely příliš rychle na to, aby mohly spolehlivě ukládat nebo přenášet kvantové informace. Nová studie tento obraz mění. Zvýšením životnosti magnonů až na 18 mikrosekund výzkumníci proměnili tyto kdysi prchavé signály na dlouhodobé nosiče kvantových informací.

Jak výzkumníci dosáhli průlomu

Průlom byl výsledkem kombinace dvou důležitých technik. Za prvé, místo použití konvenčních uniformních magnonů tým generoval magnony s krátkou vlnovou délkou. Ty jsou přirozeně méně citlivé na drobné defekty na povrchu krystalu, které zkracovaly životnost magnonů v předchozích experimentech. Za druhé, výzkumníci ochladili ultra-čisté koule yttrium-železného granátu (YIG) na pouhých 30 milikelvinů uvnitř kryostatu s fázovým přechodem.

Materiály, ne fyzika, určují limit

Možná nejpřekvapivějším objevem bylo určení, co nyní omezuje životnost magnonů. Testováním tří koulí YIG s různými úrovněmi čistoty výzkumníci zjistili jasný vzorec. Čím čistší byl krystal, tím déle magnony přežily. I nejméně čistý vzorek překonal všechny předchozí experimenty.

Význam pro kvantové počítání

S životností dosahující 18 mikrosekund se magnony stávají mnohem více než jen dočasnými signály. Mohly by sloužit jako spolehlivé kvantové paměťové zařízení a nízkoztrátové komunikační kanály, které přenášejí kvantové informace napříč čipem. Výzkumníci tvrdí, že magnony by mohly nakonec propojit stovky qubitů prostřednictvím sdílené cesty, čímž by vytvořily dlouho hledaný ‚kvantový autobus‘.

Studie je založena na experimentech provedených Rostyslavem Serhou během jeho doktorského výzkumu. Projekt vedla University of Vienna ve spolupráci s University of Colorado, Colorado Springs a výzkumnými institucemi v Německu, Spojených státech a na Ukrajině.

Mohlo by vás zajímat

• Jednoduchý zvrat, který by mohl přiblížit kvantové počítače realitě
• Magnetická pole mohou být klíčem k formování dvojhvězd
• Miliony explodujících hvězd by mohly brzy odhalit tajemství temné energie

Původní článek: Tiny magnetic waves could unlock quantum computers the size of a penny