日前,美国阿贡国家实验室的研究人员展示了一个基于芯片的新型量子电路,它能实现超导谐振器和磁器件之间的强耦合。这一研究成果为基于芯片的量子磁振子学和量子信息处理的研究工作,提供了一个崭新的平台。


美国阿贡国家实验室展示基于芯片的新型量子电路,让光子与磁振子成功实现强耦合


未来的量子计算技术将有望彻底改变科学家处理和操纵信息的方式。目前全球的科学家仍在对量子技术的物理原理和物质基础进行探索,他们仍在寻找在量子层面上操纵和交换信息的新手段。据美国“物理学网”9月6日消息称,美国能源部(DOE)下属的阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory,简称ANL)的科学家们发明了一种基于芯片的微型超导电路,这种电路能将磁振子(magon)——磁自旋的量子波——与等效能量的光子结合起来,相关研究于近日发表在《物理评论快报》。为了操纵量子信息而开发的这种同时携带磁性和超导性的“芯片”技术是一项根本性的发明,它将有助于为量子计算技术未来的发展奠定基础。


该论文共同作者之一、ANL的材料科学家Valentine Novosad介绍道:“磁振子在磁序系统中是以磁物质内部的激发态形式出现的,这种激发态会在磁物质的每个原子上引发磁化方向的振荡运动——这种现象被称为自旋波。你可以把它想象成一串指南针,它们都是由磁力连接在一起的。如果你朝一个特定方向拨动其中一根针,它就会引起其他所有指针相继发生波动。”正如光的光子可以被认为既是波又是粒子一样,磁振子也具有相同的性质。该论文的另一位共同作者、ANL博士后研究员Yi Li解释道:“以光子为代表的电磁波相当于以磁振子为代表的自旋波——两者彼此相类似。”


由于光子和磁振子之间具有如此密切的关系,而且两者都拥有磁场,因此ANL的科学家们尝试寻找一种能将两者结合在一起的方法。磁振子和光子通过一个超导微波腔进行相互“交流”,这个腔中微波光子所携带的能量与磁振子在磁力系统中的能量相同。他们证明,采用具有共面几何结构的超导谐振器是有效的,因为它让研究人员能够以极低的损耗来传输微波电流。此外,它还允许他们便利地对光子与磁子耦合的频率进行定义。


Novosad继续解释道:“通过将具有合适长度的谐振腔与磁振子和光子相合适的能量进行配对,我们实质上为能量和量子信息打造了一间回声室。这样,激发态在谐振腔中停留的时间就会延长许多,而当涉及到进行量子计算时,这些多出来的时间就是我们可以进行运算的宝贵机会。”


原文链接:https://phys.org/news/2019-09-scientists-couple-magnetization-superconductivity-quantum.html


文章来源:科学大观园杂志

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