Ученые из НИТУ «МИСиС» и МФТИ создали платформу для осуществления фотон-магнонного взаимодействия на одном чипе и экспериментально подтвердили ее эффективность. Разработка может стать шагом к созданию гибридных квантовых устройств, которые считаются наиболее перспективными для передачи квантовой информации. Статья опубликована в журнале Physical Review Applied.

Сейчас существует множество вариантов квантовых устройств, каждый из которых имеет свои недостатки и преимущества. Одним из наиболее перспективных направлений развития квантовой вычислительной техники считается создание гибридных устройств, в которых элементы разных типов будут отвечать за определенную функцию.

За последнее десятилетие в центре внимания исследователей оказались гибридные системы на основе коллективных спиновых возбуждений — магнонов. Одно из наиболее заметных преимуществ таких устройств заключается в том, что магнонные системы достаточно легко перестраиваются магнитным полем. Однако они существенно компактнее фотонных устройств, что затрудняет создание гибридов. Теперь ученым удалось создать систему, в которой реализовано сверхсильное фотон-магнонное взаимодействие, и экспериментально подтвердить его силу.

«Система состоит из двух сверхпроводящих пленок, разделенных диэлектриком. В таких системах радикально меняется фазовая скорость, то есть фотон становится гораздо медленнее, что для данной системы критически важно, поскольку именно замедление фотонной фазовой скорости гарантирует прочность фотон-магнонной связи. Затем внутрь этого “сэндвича” сверхпроводник — изолятор — сверхпроводник мы встраиваем еще ферромагнитную пленку, и получается, что электромагнитные волны, которые живут в этой трехслойной конструкции, начинают взаимодействовать с ферромагнетиками. Ферромагнетики тоже начинают влиять на систему, и происходит гибридизация», — объясняет руководитель исследования Игорь Головчанский.

При этом сверхсильная фотон-магнонная связь подтверждает присутствие в системе гибридных квазичастиц, которые ранее в подобных системах не наблюдались. Это частицы плазмон-магнон-поляритонов, плазмонная составляющая которых защищает систему от так называемого сверхизлучающего перехода.

Новая платформа может не только стать основой для гибридных квантовых вычислительных устройств будущего, но и позволит продвинуться в изучении таких тонких физических явлений, например обменных спиновых волн. При этом ее существенным преимуществом является возможность создания сверхсильной фотон-магнонной связи на одном чипе.

---

Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.