Die Physik der Universität Wien hat ein hartnäckiges Problem gelöst. Sie ließen Magnonen hundertmal länger leben.
Magnonen sind Magnetisierungswellen. Betrachten Sie sie als Wellen auf dem Wasser, nur dass das Wasser aus festem magnetischem Material besteht. Im Gegensatz zu Photonen, die durch Vakuum oder Glasfaser flitzen, bleiben diese in Festkörpern eingeschlossen. Diese Beschränkung ist seltsam nützlich. Ihre Wellenlängen können auf Nanometer schrumpfen. Das bedeutet, dass magnonische Schaltkreise irgendwann auf Smartphone-Chips passen könnten.
Es gibt einen Haken. Sie sind immer zu schnell gestorben.
Ein paar hundert Nanosekunden? Für ernsthafte Berechnungen unbrauchbar.
Nicht mehr. Ein von Wiener geleitetes Team hat Magnon-Lebenszeiten von bis zu 18 Mikrosekunden gemessen. Es ist in Science Advances veröffentlicht. Diese Zahl mag klein erscheinen, aber in der Quantenzeit ist sie eine Ewigkeit. Plötzlich verhalten sich diese Anregungen weniger wie schwindende Signale, sondern eher wie die zuverlässigen supraleitenden Qubits, auf denen die heutigen Hochleistungsprozessoren laufen. Wir könnten es mit einem Quantencomputer zu tun haben, der klein genug ist, um auf einen Penny zu passen.
Kalte Kristalle verbergen die Grenze
Zwei Tricks haben alles verändert.
Zunächst hörte das Team auf, einheitliche, langwellige Magnonen zu verwenden. Diese werden durch Oberflächenfehler zerstört. Durch die Umstellung auf kurzwellige Versionen werden diese Unebenheiten vollständig umgangen. Oberflächenprobleme führten früher dazu, dass die Lebensdauer verkürzt wurde, bevor etwas Interessantes passieren konnte.
Zweitens ist die Temperatur wichtig.
Die Forscher ließen extrem reine Yttrium-Eisen-Granat-Kugeln in einen Kryostat fallen. Sie kühlten sie auf 30 Millikelvin ab. Knapp über dem absoluten Nullpunkt. Hitze ist hier der Feind. Thermische Prozesse zerstören Magnonen normalerweise schnell. Durch das Einfrieren wird der Verfall gestoppt.
Das Ergebnis war unerwartet.
Die Lebensdauerbegrenzung war kein hartes Gesetz der Physik. Es war nur Schmutz im Kristall.
Sie testeten drei Kugeln unterschiedlicher Reinheit. Das Muster war klar. Saubereres Material bedeutet längere Lebensdauer. Selbst ihre „unreinste“ Probe übertraf frühere Weltrekorde. Das sind tatsächlich gute Nachrichten. Wir brauchen keine neuen physikalischen Theorien. Wir brauchen einfach eine bessere Materialwissenschaft.
Was braucht ein Chip jetzt?
Eine Lebensdauer von 18 Mikrosekunden verändert das Spiel.
Magnonen sind keine schwachen Glieder mehr. Sie werden zur Erinnerung. Sie werden zu Kanälen. Ein einziger magnischer Weg könnte Hunderte von Qubits verbinden. Betrachten Sie es als einen Quantenbus. Es löst ein Skalierbarkeitsproblem, das Ingenieure seit Jahren nervt.
Sie sind auch Universalübersetzer. Da sie sich in einem festen Zustand befinden, können Magnonen leicht mit Phononen, Photonen und anderen Quasiteilchen kommunizieren. In hybriden Architekturen verweigern verschiedene Quantentechnologien häufig das Wort. Magnonen schließen die Lücke.
„Ultralanglebig“ ist eine Untertreibung. Jetzt geht es um die Interaktionsdichte.
Der Weg nach vorn führt über die Fertigung, nicht über die Theorie. Machen Sie das YIG sauberer und die Wellen gehen weiter. Wir sind noch nicht am Ziel, aber der Engpass hat sich verschoben. Es geht nicht mehr darum, dass die Welle stirbt. Es geht um das Material, das es hält.
