آخرین اخبار
جفت‌شدگی مگنون با فوتون در راستای بهبود محاسبات کوانتومی

جفت‌شدگی مگنون با فوتون در راستای بهبود محاسبات کوانتومی

دانشمندان در راستای بهبود محاسبات و ارتباطات کوانتومی، مغناطش را با ابررسانایی جفت کرده‌اند.

محاسبات کوانتومی وعده‌ی انقلاب در شیوه‌های پردازش و دستکاری اطلاعات کوانتومی را می‌دهد. زیربناهای مادی و فیزیکی فناوری‌های کوانتومی هنوز در حال کشف شدن هستند و محققان همچنان به جستجوی روش‌های جدیدی برای دستکاری و تبادل اطلاعات می‌پردازند.

دانشمندان آزمایشگاه ملی آرگون وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) در پژوهش جدیدی، یک مدار ابررسانایی مبتنی بر تراشه‌ ساخته‌اند که امواج کوانتومی اسپین‌های مغناطیسی، یعنی مگنون‌ها  (magnons) را با فوتون‌هایی با انرژی معادل جفت می‌کند. این رویکرد «روی تراشه»، برای دستکاری اطلاعات کوانتومی، مغناطیس را با ابررسانایی پیوند می‌دهد. این کشف می‌تواند بنیان‌ پیشرفت‌های آینده را روی محاسبات کوانتومی قرار دهد.

مگنون‌ها در سیستم‌های منظم مغناطیسی به صورت برانگیختگی‌های درون یک ماده‌ی مغناطیسی ظهور می‌کنند که باعث ایجاد نوسان در جهت‌های مغناطیس هر اتم می‌شوند؛ پدیده‌ای که یک موج اسپینی (spin wave) نامیده می‌شود. محققان می‌گویند:

شما می‌توانید موج اسپین را مانند آرایه‌ای از سوزن‌های قطب‌نما در نظر بگیرید که همگی از نظر مغناطیسی به یکدیگر پیوند یافته‌اند. اگر یکی از عقربه‌ها را در یک جهت خاص منحرف کنید، موجی را ایجاد می‌کند که از طریق بقیه اجزا منتشر می‌شود.

همانطور که می‌توان فوتون‌های نور را هم به صورت موج و هم به صورت ذره تصور کرد، درباره‌ی مگنون‌ها هم می‌توان چنین تصوری کرد. محققان می‌گویند:

موج الکترومغناطیسی که به وسیله‌ی یک فوتون نمایش داده می‌شود با موج اسپینی که به وسیله‌ی مگنون نمایش داده می‌شود، هم‌ارز است.

به دلیل اینکه فوتون‌ها و مگنون‌ها چنین ارتباط نزدیکی با یکدیگر دارند و هر دو دارای یک مولفه‌ی میدان مغناطیسی هستند، دانشمندان آرگون به دنبال راهی بودند تا بتوانند این دو (فوتون‌ها و مگنون‌ها) را با هم جفت کنند. مگنون‌ها و فوتون‌ها از طریق یک کاواک (حفره) ابررسانای ریزموج با یکدیگر به اصطلاح صحبت می‌کنند (ارتباط برقرار می‌کنند)، این حفره، فوتون‌های ریزموج با انرژی برابر با انرژی مگنون‌های موجود در سیستم‌های مغناطیسی که می‌تواند با آن جفت شود را حمل می‌کند.

استفاده از یک تشدیدگر ابررسانا دارای هندسه‌ی هم‌صفحه، مفید است، زیرا به محققان اجازه‌ی انتقال یک جریان ریزموج را با هدررفت کم می‌دهد و همچنین این امکان را نیز فراهم می‌کند تا بتوانند به راحتی فرکانس فوتون‌ها را برای جفت شدن با مگنون‌ها تعریف کنند. آن‌ها می‌گویند:

با جفت كردن طول مناسبی از تشديدگر با انرژي مناسب مگنون‌ها و فوتون‌ها، در اصل نوعی محفظه اكو (echo chamber) براي انرژي و اطلاعات كوانتومي ایجاد می‌کنیم. برانگیختگی‌ها مدت زمان طولانی‌تری در تشدیدگر ابررسانا باقی می‌مانند و وقتی نوبت به انجام محاسبات کوانتومی می‌رسد، باید لحظات را بسیار مغتنم بشمریم.

از آنجا که ابعاد تشدیدگر، فرکانس فوتون ریزموج را تعیین می‌کند، میدان‌های مغناطیسی برای تنظیم مطابقت مگنون لازم هستند. محققان می‌گویند:

شما می‌توانید این تنظیم را مانند کوک کردن یک گیتار یا ویولن در نظر بگیرید. طول سیم که در این مورد، طول تشدیدگر فوتون‌هاست، ثابت است. با تنظیم میدان مغناطیسی اعمال شده می‌توانیم دستگاه را برای مگنون‌ها نیز به طور مستقل تنظیم کنیم، که در مثال بالا، معادل تغییر میزان کشش سیم گیتار یا ویولن است.

در نهایت، ترکیب یک سیستم ابررسانا و یک سیستم مغناطیسی، امکان جفت‌شدگی و جداشدگی دقیق مگنون و فوتون را فراهم می‌کند و همچنین فرصت‌هایی برای دستکاری اطلاعات کوانتومی در اختیارمان قرار می‌دهد.
 


مشاهده مقاله اصلی در مجله
منبع: phys.org
كلمات كليدي :
مگنون , مدار ابررسانا , محاسبات کوانتومی , ارتباطات کوانتومی
 
امتیاز دهی