Zajął się nimi międzynarodowy zespół fizyków kierowany przez badaczy z Uniwersytetu Wiedeńskiego. Wspólnymi siłami naukowcy po raz pierwszy wytworzyli magnony o żywotności nawet stukrotnie dłuższej niż dotychczas. W praktyce ten sukces miałby się przełożyć na możliwość projektowania niezwykle małych, wydajnych układów kwantowych mieszczących się na chipach wielkości monety.
Czytaj też: Kwantowy skok w Boulder. Nowe centrum IonQ celuje w milionowe systemy kubitowe
Magnony są szczególnym rodzajem kwazicząstek powstających w materiałach magnetycznych. Można je porównać do fal rozchodzących się po powierzchni wody po wrzuceniu kamienia do jeziora. Różnica polega jednak na tym, że zamiast ruchu cieczy opisują one zbiorowe drgania uporządkowanych spinów elektronów. Od lat naukowcy postrzegają je jako jeden z najbardziej obiecujących elementów przyszłych technologii kwantowych, ponieważ potrafią skutecznie oddziaływać zarówno z fotonami, jak i fononami oraz innymi nośnikami informacji kwantowej.
Największym problemem pozostawała jednak ich bardzo krótka żywotność. W praktyce oznaczało to, iż magnony mogły przechowywać lub transportować informację kwantową jedynie przez kilkaset nanosekund. Taki czas był zdecydowanie zbyt krótki, aby wykorzystać je w realnych układach obliczeniowych.
Dzięki ostatnim sukcesom sytuacja może się kompletnie odmienić. W przeprowadzonych eksperymentach fizycy uzyskali magnony zachowujące swoje właściwości przez nawet 18 mikrosekund. Dla nas, ludzi, to rzecz jasna znikomy okres, ale w przypadku technologii kwantowych oznacza skok o niemal dwa rzędy wielkości. Tak długi czas życia sprawia, że magnony mogą stać się stabilnymi nośnikami informacji porównywalnymi z rozwiązaniami wykorzystywanymi obecnie w najbardziej zaawansowanych procesorach kwantowych.
Gdzie tkwił przepis na sukces? W połączeniu dwóch innowacyjnych metod. Naukowcy wykorzystali krótkofalowe magnony, które są znacznie mniej podatne na zakłócenia wywoływane przez niedoskonałości powierzchni kryształów. Równocześnie zastosowali niezwykle czyste kulki wykonane z granatu żelazowo-itrowego, znanego jako YIG. Materiał schłodzili do temperatury zaledwie 30 milikelwinów, czyli ułamka stopnia powyżej zera absolutnego. W takich warunkach niemal całkowicie zamierają procesy termiczne odpowiedzialne za niszczenie stanów kwantowych.
W oparciu o doniesienia płynące od autorów stwierdzam, że najważniejszym aspektem tego eksperymentu jest to, że długość życia magnonów nie jest ograniczona przez fundamentalne prawa fizyki. Analiza trzech próbek o różnej czystości wykazała wyraźnie, iż im mniej zanieczyszczeń zawiera materiał, tym dłużej magnony zachowują stabilność. Oznacza to, że dalszy postęp będzie zależał głównie od rozwoju inżynierii materiałowej, a nie od poszukiwania zupełnie nowych zjawisk fizycznych.
Źródło: Science Advances
