Физики из Венского университета решили одну из самых упорных задач: они увеличили время жизни магнонов в сто раз.
Магноны — это волны намагниченности. Представьте их как рябь на воде, только вместо воды здесь твердый магнитный материал. В отличие от фотонов, которые стремительно летят сквозь вакуум или оптоволокно, магноны заперты внутри твердых тел. Это ограничение, парадоксальным образом, становится преимуществом. Их длина волны может сокращаться до нанометров. Это означает, что магнитонные схемы в будущем смогут умещаться на чипах смартфонов.
Однако есть подвох. До сих пор они «жили» слишком недолго.
Несколько сотен наносекунд? Это бесполезно для серьезных вычислений.
Но не теперь. Команда под руководством Венера зафиксировала время жизни магнонов до 18 микросекунд. Результаты опубликованы в журнале Science Advances. Эта цифра может казаться небольшой, но по квантовым меркам это целая вечность. Теперь эти возбуждения ведут себя меньше как затухающий сигнал и больше как надежные сверхпроводящие кубиты, которые работают в современных мощных процессорах. Возможно, мы стоим на пороге появления квантового компьютера, достаточно компактного, чтобы поместиться на монетке.
Холодные кристаллы убирают ограничения
Два приема изменили ситуацию кардинально.
Во-первых, команда перестала использовать равномерные магноны с большой длиной волны. Они уничтожались дефектами поверхности. Переход на магноны с короткой длиной волны позволил полностью обойти эти помехи. Раньше проблемы с поверхностью убивали время жизни частиц раньше, чем успевали произойти какие-либо интересные процессы.
Во-вторых, имеет значение температура.
Исследователи поместили сферы из чрезвычайно чистого граната редкоземельного железа в криостат. Они охладили их до 30 милликельвинов — температуры, едва превышающей абсолютный ноль. Тепло здесь главный враг. Тепловые процессы обычно быстро уничтожают магноны. Их «заморозка» останавливает этот распад.
Результат оказался неожиданным.
Оказалось, что предел времени жизни — это не строгий закон физики. Это была просто «грязь» в кристалле.
Они протестировали три сферы разной степени чистоты. Закономерность была очевидна: чем чище материал, тем дольше живут магноны. Даже их «самый грязный» образец превзошел предыдущие мировые рекорды. Это отличная новость. Нам не нужны новые физические теории. Нам просто нужна лучшая материаловедческая база.
Что требуется чипу сейчас?
Время жизни в 18 микросекунд меняет правила игры.
Магноны перестают быть слабым звеном. Они становятся памятью. Они становятся каналами связи. Одна магнитонная линия может соединять сотни кубитов. Можно представить это как квантовую шину. Это решает проблему масштабируемости, которая годами мучила инженеров.
Кроме того, они выступают в роли универсальных трансляторов. Поскольку они находятся в твердотельном состоянии, магноны легко взаимодействуют с фононами, фотонами и другими квазичастицами. В гибридных архитектурах разные квантовые технологии часто «не хотят говорить» друг с другом. Магноны преодолевают этот разрыв.
Термин «ультрадолгоживущие» — это еще не полное описание ситуации. Теперь ключевым фактором становится плотность взаимодействий.
Дальнейший путь лежит через производство, а не теорию. Сделайте YIG (гранат редкоземельного железа) чище — и волны будут распространяться дальше. Мы еще не достигли этой точки, но бутылочное горлышко сместилось. Проблема больше не в том, что волна умирает. Проблема в том, что материал не удерживает ее достаточно долго.
