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      科學(xué)家將磁化耦合到超導(dǎo)的量子發(fā)現(xiàn)
      
			
      
				2019-09-07 09:02:23
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      量子計算有望徹底改變科學(xué)家處理和操縱信息的方式。量子技術(shù)的物理和物質(zhì)基礎(chǔ)仍在探索中，研究人員繼續(xù)尋找可以在量子水平上操縱和交換信息的新方法。
      

      科學(xué)家將磁化耦合到超導(dǎo)的量子發(fā)現(xiàn)
      

      在最近的一項研究中，美國能源部(DOE)阿貢國家實驗室的科學(xué)家創(chuàng)造了一種小型化的基于芯片的超導(dǎo)電路，它將稱為磁子的磁自旋量子波耦合到等效能量的光子上。通過開發(fā)這種結(jié)合磁性和超導(dǎo)性來控制量子信息的“片上”方法，這一基本發(fā)現(xiàn)有助于為量子計算的未來發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
      

      磁子在磁性有序系統(tǒng)中出現(xiàn)，作為磁性材料內(nèi)的激發(fā)，引起材料中每個原子的磁化方向的振蕩 - 稱為自旋波的現(xiàn)象。“你可以把它想象成一組羅盤針，這些羅盤針都是磁性連接在一起的，”該研究的作者，阿貢貢材料科學(xué)家Valentine Novosad說。“如果你向一個特定的方向踢一個，它將導(dǎo)致一個波浪傳播到其余的方向。”
      

      就像光子的光子可以被認(rèn)為是波浪和粒子一樣，磁鐵也是如此。“由光子代表的電磁波相當(dāng)于由一個磁鏡代表的自旋波- 兩者是彼此的類似物，”該研究的另一位作者阿爾貢博士后研究員易力說。
      

      由于光子和磁子彼此之間有著如此密切的關(guān)系，并且都包含磁場成分，因此阿貢科學(xué)家們尋求將兩者結(jié)合在一起的方法。磁子和光子通過超導(dǎo)微波腔相互“交談”，超導(dǎo)微波腔攜帶的微波光子的能量與可與之配對的磁系統(tǒng)中的磁子能量相同。
      

      使用具有共面幾何結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)諧振器被證明是有效的，因為它允許研究人員以低損耗傳輸微波電流。此外，它還允許它們方便地定義光子的頻率以耦合到磁子。
      

      “通過將正確長度的諧振器與我們的磁子和光子的正確能量配對，我們實質(zhì)上創(chuàng)造了一種能量和量子信息的回聲室，”Novosad說。“激勵器在諧振器中停留的時間要長得多，而且在進(jìn)行量子計算時，這些都是我們進(jìn)行操作的寶貴時刻。”
      

      因為諧振器的尺寸決定了微波光子的頻率，所以需要磁場來調(diào)整磁振子以匹配它。
      

      “你可以把它想象成調(diào)整吉他或小提琴，”Novosad說。“你的弦的長度 - 在這種情況下，我們的光子諧振器 - 是固定的。獨立地，對于磁子，我們可以通過調(diào)整施加的磁場來調(diào)整樂器，這類似于修改弦上的張力量。 “
      

      最終，李說，超導(dǎo)和磁系統(tǒng)的結(jié)合允許磁子和光子的精確耦合和去耦，為操縱量子信息提供了機(jī)會。
      

      Argonne的納米材料中心是DOE科學(xué)用戶設(shè)施辦公室，用于光刻處理諧振器。
      

      基于這項研究的論文“片上鐵磁體 - 超導(dǎo)體薄膜器件中的磁子和微波光子之間的強(qiáng)耦合”出現(xiàn)在9月3日出版的“ 物理評論快報”中，并在編輯建議中也得到了強(qiáng)調(diào)。
      
			

			
        
      
			
      
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