研究圖- 1：超導(dǎo)電路上微波介導(dǎo)的長(zhǎng)距離磁振子耦合

據(jù)報(bào)道，科學(xué)家們已經(jīng)在兩個(gè)遙遠(yuǎn)的磁性裝置之間實(shí)現(xiàn)了有效的量子耦合，這些磁性裝置能夠承載基于磁振子的激發(fā)。

當(dāng)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁。允許磁振子交換能量和信息的耦合有望催生新型量子信息技術(shù)設(shè)備。

“磁振子的長(zhǎng)程耦合是使用磁系統(tǒng)進(jìn)行量子工作的第一步或先決條件，我們已經(jīng)證明了這些磁振子能夠在長(zhǎng)距離內(nèi)即時(shí)相互通信，”高級(jí)科學(xué)家瓦倫丁·諾沃薩德說(shuō)。阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。

值得注意的是，這些即時(shí)通信并不涉及在受光速限制的磁振子之間發(fā)送消息，類似于物理學(xué)家通常所說(shuō)的“量子糾纏”。

研究圖- 2：帶有附加局部NbTi 超導(dǎo)線圈的雙YIG 球電路的原理圖設(shè)計(jì)

在2019 年的一項(xiàng)研究的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)試圖創(chuàng)建一種新系統(tǒng)，通過(guò)磁激勵(lì)在超導(dǎo)電路中進(jìn)行長(zhǎng)距離通信。

如上圖所示，研究團(tuán)隊(duì)展示了一種遠(yuǎn)程磁控管耦合電路，其中包含嵌入NbN 共面超導(dǎo)諧振器中的兩個(gè)單晶YIG 球體，并通過(guò)微波光子介導(dǎo)磁振子的相互作用。

然而，在利用磁振子為某種量子計(jì)算奠定基礎(chǔ)之前，科學(xué)家們?nèi)匀恍枰M(jìn)行一系列的可行性研究，特別是需要長(zhǎng)期保持粒子的耦合。

為了增強(qiáng)耦合效果，團(tuán)隊(duì)構(gòu)思了這樣的超導(dǎo)電路，并嵌入兩個(gè)小型釔鐵石榴石（YIG）磁球進(jìn)行磁激勵(lì)，以確保高效、低損耗的耦合。

研究圖- 3：長(zhǎng)程磁振子耦合的功率譜

兩個(gè)球體均磁耦合到電路中的共享超導(dǎo)諧振器，該諧振器的作用類似于電話線，并在兩個(gè)球體之間產(chǎn)生強(qiáng)耦合——，即使兩個(gè)球體相距30 倍其直徑（在本例中彼此相距近1 厘米） ）。

“這是一項(xiàng)重大成就，”主要作者、阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的材料科學(xué)家李毅說(shuō)。 “雖然我們能夠觀察到磁振子和超導(dǎo)諧振器之間的類似效應(yīng)，但這一次我們沒(méi)有直接相互作用。”發(fā)生在兩個(gè)磁振子諧振器之間。”

換句話說(shuō)，耦合來(lái)自兩個(gè)球體和共享超導(dǎo)諧振器之間的間接相互作用。此外，在2019年的另一項(xiàng)研究中，科學(xué)家還提到了提高磁共振機(jī)中磁振子的更長(zhǎng)相干性。

研究圖- 4：微波光子介導(dǎo)的磁振子耦合強(qiáng)度

瓦倫丁·諾沃薩德解釋說(shuō)：“在山洞里說(shuō)話時(shí)，可能會(huì)聽到回聲?；芈暢掷m(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)，其一致性就越高。”

李毅補(bǔ)充道：“之前我們已經(jīng)確定地看到了磁振子和超導(dǎo)諧振器之間的關(guān)系，但在這項(xiàng)新研究中，由于使用了球體，它們需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能干燥。這就是為什么我們看到磁振子相互交談的證據(jù)。”

最后，由于磁自旋高度集中在器件中，這項(xiàng)研究有望極大地促進(jìn)量子器件的小型化——“微小的磁鐵可能掌握著新型量子計(jì)算機(jī)的重大秘密?！?