As interações magnéticas podem apontar para dispositivos quânticos miniaturizáveis.
De máquinas de ressonância magnética a armazenamento em disco rígido de computador, o magnetismo desempenhou um papel importante em descobertas fundamentais que remodelam nossa sociedade. No novo campo da computação quântica, as interações magnéticas podem desempenhar um papel na transmissão de informações quânticas.

Em uma nova pesquisa do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE), os cientistas conseguiram um acoplamento quântico eficiente entre dois dispositivos magnéticos distantes, que podem hospedar um certo tipo de excitações magnéticas chamadas magnons. Essas excitações acontecem quando uma corrente elétrica gera um campo magnético. O acoplamento permite que os magnons troquem energia e informações. Esse tipo de acoplamento pode ser útil para a criação de novos dispositivos de tecnologia da informação quântica.

“O acoplamento remoto de magnons é o primeiro passo, ou quase um pré-requisito, para fazer trabalho quântico com sistemas magnéticos”, disse o cientista sênior de Argonne, Valentine Novosad, autor do estudo. "Mostramos a capacidade desses magnons se comunicarem instantaneamente uns com os outros à distância."

Esta comunicação instantânea não requer o envio de uma mensagem entre magnões limitados pela velocidade da luz. É análogo ao que os físicos chamam de emaranhamento quântico.

Após um estudo de 2019, os pesquisadores procuraram criar um sistema que permitisse que excitações magnéticas se comunicassem à distância em um circuito supercondutor. Isso permitiria que os magnons formassem potencialmente a base de um tipo de computador quântico. Para os fundamentos básicos de um computador quântico viável, os pesquisadores precisam que as partículas sejam acopladas e permaneçam acopladas por um longo tempo.

Para obter um forte efeito de acoplamento, os pesquisadores construíram um circuito supercondutor e usaram duas pequenas esferas magnéticas de granada de ítrio e ferro (YIG) embutidas no circuito. Este material, que suporta excitações magnônicas, garante um acoplamento eficiente e de baixa perda para as esferas magnéticas.

As duas esferas são acopladas magneticamente a um ressonador supercondutor compartilhado no circuito, que age como uma linha telefônica para criar um forte acoplamento entre as duas esferas, mesmo quando estão a quase um centímetro de distância uma da outra – 30 vezes a distância de seus diâmetros.

"Esta é uma conquista significativa", disse o cientista de materiais da Argonne Yi Li, principal autor do estudo. "Efeitos semelhantes também podem ser observados entre magnons e ressonadores supercondutores, mas desta vez fizemos isso entre dois ressonadores magnon sem interação direta. O acoplamento vem da interação indireta entre as duas esferas e o ressonador supercondutor compartilhado."

Uma melhoria adicional em relação ao estudo de 2019 envolveu a coerência mais longa dos magnons no ressonador magnético. "Se você fala em uma caverna, pode ouvir um eco", disse Novosad. "Quanto mais esse eco durar, maior será a coerência."

"Antes, definitivamente víamos uma relação entre magnons e um ressonador supercondutor, mas neste estudo seus tempos de coerência são muito maiores por causa do uso das esferas, e é por isso que podemos ver evidências de magnons separados conversando entre si", Li adicionado.

De acordo com Li, como os spins magnéticos são altamente concentrados no dispositivo, o estudo pode apontar para dispositivos quânticos miniaturizáveis. "É possível que pequenos ímãs possam conter o segredo para novos computadores quânticos", disse ele.

Os dispositivos magnônicos foram fabricados no Argonne's Center for Nanoscale Materials, uma instalação do usuário do DOE Office of Science.

Um artigo baseado no estudo foi publicado em Physical Review Letters . + Explorar mais

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