科学家通过耦合磁化到超导性来铺平量子计算的方式

通过将磁性行为耦合到超导电路，Argonne科学家为量子信息系统铺平了道路。

量子计算有望彻底改变科学家可以处理和操纵信息的方式。仍在探索量子技术的物理和物质基础，研究人员继续寻找新的方式，其中可以在量子水平上操纵和交换信息。

在最近的一项研究中，美国能源部的科学家（DOE）argonne国家实验室已经创造了一种小型化的芯片基超导电路，使磁悬浮的量子波耦合到等同能量的光子。通过开发这种“芯片”方法，使磁性和超导进行操纵量子信息，这一基本发现可以帮助为量子计算中的未来进步奠定基础。

“通过将谐振器的正确长度与我们的千块子和光子的正确能量配对，我们本质上是为能量和量子信息的一种回声室，” - 华伦泰诺斯州的氩气材料科学家。

MAGONS在磁性有序系统中出现作为磁性材料内的激励，其在材料中的每个原子处导致磁化方向的振荡 - 一种称为旋转波的现象。“你可以想到它的罗斯针数量，这些指南针都是磁链在一起的磁带，”研究的作者，阿古兰材料科学家情人节新生说。“如果你在特定方向上踢一个，它将导致通过其余的波浪传播。”

就像光的光子一样可以被认为是波浪和粒子，所以也可以弥补。“光子表示的电磁波等同于由玛格尼翁表示的旋转波 - 这两个是彼此的类似物，”该研究的另一个作者伊莉说，argonne博士后研究员yi li。

因为光子和千块龙彼此分享如此密切的关系，并且都包含磁场分量，氩气科学家寻求一种方式将两者耦合在一起。通过超导微波腔彼此彼此互相交谈，该微波腔互相携带微波光子，其能量与可以将其配对的磁性系统中的磁铁的能量相同。

使用具有共面几何的超导谐振器被证明是有效的，因为它允许研究人员通过低损耗传输微波电流。另外，它还允许它们方便地定义光子的频率以耦合到摩根。

“通过将谐振器的正确长度配对我们的隆隆电场和光子的正确能量，我们本质上是为能量和量子信息创造一种回声室，”Novosad说。“激励留在谐振器中长度长，在进行量子计算方面，那些是我们可以执行操作的宝贵时刻。”

因为谐振器的尺寸决定了微波光子的频率，所以需要磁场来调整MAGN以匹配它。

“你可以想到它像调整吉他或小提琴一样，”新人说。“在字符串的长度 - 在这种情况下，我们的光子谐振器 - 是固定的。独立地，对于肿块，我们可以通过调整所施加的磁场来调整仪器，这类似于修改串上的张力量。“

最终，李说，超导和磁系统的组合允许肿瘤和光子的精确耦合和去耦，呈现用于操纵量子信息的机会。

Argonne的纳米级材料中心是科学用户设施的DOE办公室，用于在光刻处理谐振器。

一篇基于研究的纸张，“片上铁磁 - 超导薄膜器件中的千吨与微波光子的强耦合，”2019年9月3日出现，物理审查信件发出，并在编辑建议中突出显示。DOI：10.1103 / physrevlett.123.107701

其他合作者包括Argonne's Yong-Leii王，荆旭，Zhangi Lendinez，Zhizhi Zhang，Junjia Ding，Trupti Khaire，Hilal Saglam，Ralu Divan，John Pearson，Wai-Kwong Kwok，Zhili Xiao，Axel Hoffmann和Wei Zhang。易莉和魏张也与奥克兰大学隶属。

该研究由Doe的科学办公室（基本能源科学办公室）提供资金。