Onlarca yıldır magnonlar, kuantum teknolojileri için potansiyelleriyle fizikçileri cezbediyordu. Bu küçük manyetik dalgalar, katı malzemelerin içinde bir gölete atılan taşın yaydığı halkalar gibi dalgalanır ve nanometre ölçeğindeki dalga boyları, onlardan inşa edilen devrelerin teorik olarak bir madeni para kadar küçük olabileceği anlamına gelir. Ancak temel bir sorun onları pratik kullanımdan alıkoyuyordu: neredeyse oluşur oluşmaz yok oluyorlardı — şimdiye kadar.
Viyana Üniversitesi'nden Profesör Andrii Chumak liderliğindeki uluslararası bir ekip, magnon ömrünü neredeyse 100 kat artırarak birkaç yüz nanosaniyeden 18 mikrosaniyeye çıkararak çarpıcı bir atılım gerçekleştirdi. Bulgular 1 Mayıs'ta Science Advances'te yayımlandı ve o zamandan beri kuantum hesaplama için dönüştürücü bir adım olarak kabul ediliyor.
Magnonlar Neden Önemli?
Fotonlar boş uzayda veya optik fiberlerde seyahat ederken, magnonlar katı manyetik malzemelerin içinde hareket eder. Dalga boyları nanometre ölçeğine kadar küçülebilir, yani magnonik devreler bugünün akıllı telefonlarındakilerden daha büyük olmayan çiplere sığabilir.
Bir magnon katı içinde bir uyarım olduğu için, diğer temel yarı parçacıklarla — fononlar ve fotonlar — doğal olarak etkileşime girer ve magnonları hibrit kuantum sistemleri ve kuantum metrolojisi için umut verici yapı taşları haline getirir. Tek bir paylaşımlı yol boyunca yüzlerce kübiti birbirine bağlayarak ölçeklenebilir kuantum hesaplamanın en inatçı sorunlarından birini çözebilecek bir 'kuantum veriyolu' görevi görebilirler.
Atılım
Araştırma ekibi iki temel stratejiyi birleştirdi. İlk olarak, geleneksel tek tip magnonlar yerine kısa dalga boylu magnonlar kullandılar, çünkü bunlar kristal yüzey kusurlarından doğal olarak daha az etkilenir. İkinci olarak, ultra saf itriyum demir garnet (YIG) küreleri mutlak sıfırın sadece 30 milikelvin üzerine — bir derecenin çok küçük bir kısmı — soğutularak normalde magnonları yok eden termal süreçler donduruldu.
En önemli keşif: magnon ömrü üzerindeki kalan sınırın bir fizik yasası değil, basitçe malzeme kalitesi olması. Farklı saflıkta üç küre test edildi ve daha saf malzeme tutarlı bir şekilde daha uzun magnon ömrü sağladı. En az saf numune bile önceki tüm rekorları aştı.
Etkileri
18 mikrosaniyelik ömürleriyle magnonlar, kayıplı, kısa ömürlü sinyaller olmaktan çıkıp bugün önde gelen kuantum işlemcilerde kullanılan süper iletken kübitlerle karşılaştırılabilir, dayanıklı kuantum bilgi taşıyıcıları haline geliyor. İleriye dönük net yol — yeni fizik değil, daha iyi malzemeler — ilerlemenin hızla hızlanabileceği anlamına geliyor.
Araştırmacılar, 'Bu, potansiyel olarak 1 sentlik madeni paradan daha büyük olmayan kuantum bilgisayarların kapısını açıyor' diyerek kuantum cihazlarının oda büyüklüğündeki kurulumlar değil, günlük taşınabilir teknoloji haline geldiği bir geleceği öngörüyor.
