科学家将磁化与超导耦合用于量子发现

通过将磁行为耦合到超导电路，阿贡的科学家为量子信息系统铺平了道路。

量子计算有望彻底改变科学家处理和操纵信息的方式。量子技术的物理和物质基础仍在探索中，研究人员继续寻找新的方法来在量子水平上操纵和交换信息。

在最近的一项研究中，美国能源部(DOE)阿尔贡国家实验室的科学家创造了一种基于芯片的小型化超导电路，该电路将称为自旋子的磁自旋的量子波耦合到等效能量的光子。通过开发这种结合了磁性和超导电性以处理量子信息的“芯片上”方法，这一基本发现将有助于为量子计算的未来发展奠定基础。

磁振子在磁性有序系统中以磁性材料中的激发形式出现，从而引起材料中每个原子的磁化方向发生振荡，这种现象称为自旋波。该研究的作者阿贡大学材料科学家瓦伦丁·诺沃萨德说：“您可以把它想象成一堆罗盘针，这些罗盘针都磁连接在一起。” “如果你朝一个特定的方向踢，它将引起一波波传播通过其余的波。”

就像光子既可以看作波又可以看作粒子一样，强子也一样。这项研究的另一位作者阿尔贡博士后研究员艾利说：“由光子代表的电磁波等同于由磁振子代表的自旋波，两者是彼此类似的。”

由于光子和磁子彼此之间有着如此紧密的关系，并且都包含磁场分量，因此阿贡大学的科学家寻求将两者耦合在一起的方法。磁振子和光子通过超导微波腔相互“交谈”，该腔携带的微波光子的能量与可以配对的磁系统中的磁振子的能量相同。

使用具有共面几何形状的超导谐振器被证明是有效的，因为它使研究人员能够以低损耗传输微波电流。此外，它还允许他们方便地定义光子的频率以耦合到磁振子。

诺沃萨德说：“通过将正确长度的谐振器与正确的磁振子和光子能量配对，我们实质上在创建一种用于能量和量子信息的回波腔。” “激发在共振器中停留的时间更长，而在进行量子计算时，这些正是我们执行操作的宝贵时刻。”

因为谐振器的尺寸决定了微波光子的频率，所以需要磁场来调整磁振子以使其匹配。

诺瓦萨德说：“你可以把它想像成吉他或小提琴的调音。” “弦的长度-在这种情况下，是我们的光子共振器-是固定的。对于磁振子，我们可以通过调整施加的磁场来独立地调节乐器，这类似于修改弦上的张力量。串。”

李说，最终，超导和磁系统的结合可以使磁子和光子精确地耦合和解耦，从而为操纵量子信息提供了机会。