Uma equipe de cientistas da NUST MISIS e MIPT desenvolveu e testou uma nova plataforma para a realização do acoplamento ultraforte de fóton-magnon. O sistema proposto é on-chip e é baseado em hetero-estruturas de filme fino com supercondutores, camadas ferromagnéticas e isolantes. Esta descoberta resolve um problema que tem estado na agenda de equipes de pesquisa de diferentes países nos últimos 10 anos, e abre novas oportunidades na implementação de tecnologias quânticas. O estudo foi publicado na revista altamente conceituada Science Advances.

A última década viu um progresso significativo no desenvolvimento de sistemas quânticos artificiais. Os cientistas estão explorando diferentes plataformas, cada um com suas próprias vantagens e desvantagens. A próxima etapa crítica para o avanço da indústria quântica requer um método eficiente de troca de informações entre sistemas híbridos de plataforma que possam se beneficiar de plataformas distintas. Por exemplo, sistemas híbridos baseados em excitações coletivas de spin, ou magnons, estão sendo desenvolvidos. Em tais sistemas, magnons devem interagir com fótons, ondas eletromagnéticas estacionárias presas em um ressonador. O principal fator limitante para o desenvolvimento de tais sistemas é a interação fundamentalmente fraca entre fótons e magnons. Eles são de tamanhos diferentes, e seguir diferentes leis de dispersão. Essa diferença de tamanho de cem vezes ou mais complica consideravelmente a interação.

Cientistas do MIPT, junto com seus colegas, conseguiu criar um sistema com o que é chamado de acoplamento fóton-magnon ultraforte.

Vasily Stolyarov, vice-chefe do Laboratório MIPT de Fenômenos Quânticos Topológicos em Sistemas Supercondutores, comentou, "Criamos dois subsistemas. Em um, sendo um sanduíche de filmes finos supercondutores / isolantes / supercondutores, os fótons são desacelerados, sua velocidade de fase é reduzida. Em outro, que também é um sanduíche de filmes finos supercondutores / ferromagnéticos / supercondutores, a proximidade supercondutora em ambas as interfaces aumenta as frequências próprias de spin coletivas. O acoplamento ultraforte de fóton-magnão é obtido graças à supressão da velocidade de fase do fóton no subsistema eletromagnético. "

Igor Golovchanskiy, pesquisador líder, pesquisador sênior do Laboratório MIPT de Fenômenos Quânticos Topológicos em Sistemas Supercondutores, chefe do Laboratório NUST MISIS de Sistemas Eletrônicos Criogênicos, explicado, “Os fótons interagem muito fracamente com os magnons. Conseguimos criar um sistema em que esses dois tipos de excitações interagem muito fortemente. Com a ajuda de supercondutores, reduzimos significativamente o ressonador eletromagnético. Isso resultou em uma redução de cem vezes na velocidade de fase dos fótons, e sua interação com magnons aumentou várias vezes. "

Esta descoberta irá acelerar a implementação de sistemas quânticos híbridos, bem como abrir novas possibilidades na supercondução de spintrônica e magnônica.