Afgørende opdagelse i kvante- og klassisk informationsbehandling

Arbejder med teoretikere ved University of Chicago's Pritzker School of Molecular Engineering, forskere i det amerikanske energiministerium (DOE) Argonne National Laboratory har opnået en videnskabelig kontrol, der er den første af sin art. De demonstrerede en ny tilgang, der tillader realtidsstyring af interaktionerne mellem mikrobølgefotoner og magnoner, potentielt fører til fremskridt inden for elektroniske enheder og behandling af kvantesignaler.

Mikrobølge -fotoner er elementære partikler, der danner de elektromagnetiske bølger, som vi bruger til trådløs kommunikation. På den anden side, magnoner er elementarpartiklerne, der danner, hvad forskere kalder "spin-bølger"-bølgelignende forstyrrelser i et ordnet udvalg af mikroskopiske justerede spins, der kan forekomme i visse magnetiske materialer.

Mikronbølge-foton-magnon-interaktion er dukket op i de senere år som en lovende platform for både klassisk og kvanteinformationsbehandling. Endnu, denne interaktion havde vist sig umulig at manipulere i realtid, indtil nu.

"Før vores opdagelse, at kontrollere foton-magnon-interaktionen var som at skyde en pil i luften, "sagde Xufeng Zhang, en assisterende forsker i Center for nanoskala materialer, en DOE -brugerfacilitet i Argonne, og den tilsvarende forfatter til dette værk. "Man har slet ingen kontrol over den pil, når man er flyvet."

Teamets opdagelse har ændret det. "Nu, det er mere som at flyve med en drone, hvor vi kan guide og kontrollere dens flyvning elektronisk, "sagde Zhang.

Ved smart teknik, teamet anvender et elektrisk signal til periodisk at ændre magnons vibrationsfrekvens og derved fremkalde effektiv magnon-foton-interaktion. Resultatet er en første nogensinde mikrobølge-magnonisk enhed med on-demand tunability.

Holdets enhed kan kontrollere styrken af ​​foton-magnon-interaktionen på et hvilket som helst tidspunkt, da information overføres mellem fotoner og magnoner. Det kan endda helt tænde og slukke interaktionen. Med denne tuning evne, forskere kan behandle og manipulere oplysninger på måder, der langt overgår nutidens hybridmagnoniske enheder.

"Forskere har søgt efter en måde at kontrollere denne interaktion på i de sidste par år, "bemærkede Zhang. Teamets opdagelse åbner en ny retning for magnonbaseret signalbehandling og bør føre til elektroniske enheder med nye muligheder. Det kan også muliggøre vigtige applikationer til kvantesignalbehandling, hvor mikrobølge-magnoniske interaktioner udforskes som en lovende kandidat til overførsel af information mellem forskellige kvantesystemer.

DOE Office of Basic Energy Sciences støttede denne forskning, som blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve .