Магнони отримали серйозне продовження життя
Фізики з Віденського університету вирішили одне з найзавзятіших завдань: вони збільшили час життя магнонів у сто разів.
Магнони – це хвилі намагніченості. Уявіть їх як бриж на воді, тільки замість води тут твердий магнітний матеріал. На відміну від фотонів, що стрімко летять крізь вакуум або оптоволокно, магнони замкнені всередині твердих тіл. Це обмеження, парадоксально, стає перевагою. Їхня довжина хвилі може скорочуватися до нанометрів. Це означає, що магнітони в майбутньому зможуть вміщатися на чіпах смартфонів.
Однак є каверза. Досі вони «жили» надто недовго.
Декілька сотень наносекунд? Це марно для серйозних обчислень.
Але не тепер. Команда під керівництвом Венера зафіксувала час життя магнонів до 18 мікросекунд. Результати опубліковані у журналі Science Advances. Ця цифра може здаватися невеликою, але за квантовими мірками це ціла вічність. Тепер ці збудження поводяться менше як загасаючий сигнал і більше як надійні надпровідні кубити, які працюють у сучасних потужних процесорах. Можливо, ми стоїмо на порозі появи квантового комп’ютера досить компактного, щоб поміститися на монетці.
Холодні кристали прибирають обмеження
Два прийоми змінили ситуацію кардинально.
По-перше, команда перестала використовувати рівномірні магнони з великою довжиною хвилі. Вони знищувалися дефектами поверхні. Перехід на магнони з короткою довжиною хвилі дозволив повністю оминути ці перешкоди. Раніше проблеми з поверхнею вбивали час життя частинок раніше, ніж встигали відбутися якісь цікаві процеси.
По-друге, має значення температура.
Дослідники помістили сфери із надзвичайно чистого гранату рідкісноземельного заліза у кріостат. Вони охолодили їх до 30 мілікельвінів – температури, що ледве перевищує абсолютний нуль. Тепло тут головний ворог. Теплові процеси зазвичай швидко знищують магнони. Їхня «заморозка» зупиняє цей розпад.
Результат виявився несподіваним.
Виявилося, що межа часу життя – це не суворий закон фізики. Це був просто «бруд» у кристалі.
Вони протестували три сфери різного ступеня чистоти. Закономірність була очевидна: що чистіший матеріал, то довше живуть магнони. Навіть їхній «найбрудніший» зразок перевершив попередні світові рекорди. Це чудова новина. Нам не потрібні нові фізичні теорії. Нам просто потрібна найкраща матеріалознавча база.
Що потрібно чіпу зараз?
Час життя у 18 мікросекунд змінює правила гри.
Магнони перестають бути слабкою ланкою. Вони стають пам’яттю. Вони стають каналами зв’язку. Одна магнітна лінія може з’єднувати сотні кубітів. Можна уявити це як квантову шину. Це вирішує проблему масштабованості, яка роками мучила інженерів.
З іншого боку, вони у ролі універсальних трансляторів. Оскільки вони перебувають у твердотільному стані, магнони легко взаємодіють із фононами, фотонами та іншими квазічастинками. У гібридних архітектурах різні квантові технології часто не хочуть говорити один з одним. Магнони долають цей розрив.
Термін «ультрадовгоживущі» – це ще не повний опис ситуації. Тепер ключовим фактором стає щільність взаємодій.
Подальший шлях лежить через виробництво, а чи не теорію. Зробіть YIG (гранат рідкісноземельного заліза) чистішим — і хвилі поширюватимуться далі. Ми ще не досягли цієї точки, але пляшкова шийка змістилася. Проблема більше не в тому, що хвиля вмирає. Проблема в тому, що матеріал не утримує її досить довго.
