Fyzici z Vídeňské univerzity vyřešili jeden z nejtvrdohlavějších problémů: stokrát prodloužili životnost magnonů.
Magnony jsou vlny magnetizace. Představte si je jako vlnky ve vodě, ale místo vody je tu pevný magnetický materiál. Na rozdíl od fotonů, které procházejí vakuem nebo optickým vláknem, jsou magnony zachyceny uvnitř pevných látek. Toto omezení se paradoxně stává výhodou. Jejich vlnová délka může být snížena na nanometry. To znamená, že magnetické obvody by se v budoucnu mohly vejít na čipy smartphonů.
Má to však háček. Až dosud „žili“ příliš krátce.
Pár set nanosekund? Není to užitečné pro seriózní výpočty.
Ale ne teď. Tým vedený Wehnerem zaznamenal životnost magnonů až 18 mikrosekund. Výsledky byly publikovány v časopise Science Advances. Toto číslo se může zdát malé, ale podle kvantových měřítek je to věčnost. Nyní se tato buzení chovají méně jako tlumený signál a více jako robustní supravodivé qubity, které pohánějí dnešní vysoce výkonné procesory. Možná jsme na pokraji kvantového počítače dostatečně malého, aby se vešel na minci.
Studené krystaly odstraňují omezení
Situaci dramaticky změnily dvě techniky.
Nejprve tým přestal používat dlouhovlnné uniformní magnony. Byly zničeny povrchovými defekty. Přechod na krátkovlnné magnony umožnil tyto interference zcela obejít. Dříve problémy s povrchem zabíjely životnost částic dříve, než mohly nastat nějaké zajímavé procesy.
Za druhé je důležitá teplota.
Vědci umístili do kryostatu kuličky extrémně čistého železného granátu ze vzácných zemin. Ochladili je na 30 milikelvinů, což byla teplota sotva nad absolutní nulou. Teplo je zde hlavním nepřítelem. Tepelné procesy obvykle rychle ničí magnony. Jejich zmrazení tento rozklad zastaví.
Výsledek byl nečekaný.
Ukázalo se, že hranice životnosti není přísným fyzikálním zákonem. Byla to jen “špína” v krystalu.
Testovali tři koule různého stupně čistoty. Vzor byl zřejmý: čím čistší materiál, tím déle magnony žijí. I jejich „nejšpinavější“ vzorek překonal dosavadní světové rekordy. To je skvělá zpráva. Nepotřebujeme nové fyzikální teorie. Potřebujeme jen lepší vědu o materiálech.
Co čip nyní potřebuje?
Životnost 18 mikrosekund mění hru.
Magnony již nejsou slabým článkem. Stávají se z nich vzpomínky. Stávají se komunikačními kanály. Jedna magnetická čára může propojit stovky qubitů. Můžete si to představit jako kvantový autobus. To řeší problém škálovatelnosti, který sužuje inženýry po léta.
Kromě toho fungují jako univerzální překladatelé. Protože jsou v pevném stavu, magnony snadno interagují s fonony, fotony a dalšími kvazičásticemi. V hybridních architekturách spolu různé kvantové technologie často nechtějí mluvit. Magnoni překlenují tuto mezeru.
Termín „ultradlouhý život“ není úplným popisem situace. Nyní je klíčovým faktorem hustota interakcí.
Další cesta vede přes výrobu, nikoli teorii. Udělejte YIG (granát ze vzácných zemin) čistší a vlny se budou šířit dále. Ještě jsme toho bodu nedosáhli, ale úzké hrdlo se posunulo. Problém už není v tom, že vlna umírá. Problém je v tom, že materiál to v sobě dostatečně dlouho neudrží.
