Pivotal Discovery pourrait ouvrir un nouveau domaine de la technologie quantique appelé «Magnonics»

Une percée technologique pourrait permettre un nouveau domaine de la technologie quantique appelée «magnonique», en associant avec succès deux types de particules quantiques appelées photons et magnons micro-ondes.

Université de Chicago, des scientifiques d’Argonne apprivoisent les interactions photon-magnon

Dans une découverte unique en son genre, des chercheurs du Université de ChicagoLa Pritzker School of Molecular Engineering et le laboratoire national d’Argonne ont annoncé qu’ils pouvaient contrôler directement les interactions entre deux types de particules quantiques appelées photons micro-ondes et magnons. L’approche peut devenir une nouvelle façon de construire la technologie quantique, y compris les appareils électroniques dotés de nouvelles capacités.

Les scientifiques ont de grands espoirs pour la technologie quantique, qui a progressé à pas de géant au cours de la dernière décennie et pourrait devenir la base de nouveaux types puissants d’ordinateurs, de détecteurs ultra-sensibles et même d’une communication «à l’épreuve du piratage». Mais des défis demeurent dans la mise à l’échelle de la technologie, qui dépend de la manipulation des plus petites particules afin d’exploiter les propriétés étranges de la physique quantique.

Deux de ces particules quantiques sont les photons micro-ondes – particules élémentaires qui forment les ondes électromagnétiques que nous utilisons déjà pour les communications sans fil – et les magnons. Les magnons sont le terme pour une entité semblable à des particules qui forme ce que les scientifiques appellent des «ondes de spin» – des perturbations semblables à des ondes qui peuvent se produire dans des matériaux magnétiques et peuvent être utilisées pour déplacer des informations.

Faire en sorte que ces deux types de particules se parlent est devenu ces dernières années une plate-forme prometteuse pour le traitement de l’information à la fois classique et quantique. Mais cette interaction s’était avérée impossible à manipuler en temps réel, jusqu’à présent.

«Avant notre découverte, contrôler l’interaction photon-magnon était comme tirer une flèche dans l’air», a déclaré Xufeng Zhang, scientifique au Centre pour les matériaux nanométriques du Laboratoire national d’Argonne et auteur correspondant de l’étude. « On n’a aucun contrôle sur cette flèche une fois en vol. »

La découverte de l’équipe a changé cela. «Maintenant, c’est plus comme piloter un drone, où nous pouvons guider et contrôler son vol électroniquement», a déclaré Zhang.

Grâce à une ingénierie intelligente, l’équipe utilise un signal électrique pour modifier périodiquement la fréquence de vibration du magnon et ainsi induire une interaction magnon-photon efficace. Le résultat est le tout premier appareil micro-ondes magnonique que les scientifiques peuvent «régler» selon leurs souhaits.

L’appareil de l’équipe peut contrôler la force de l’interaction photon-magnon à tout moment lorsque les informations sont transférées entre les photons et les magnons. Il peut même activer et désactiver complètement l’interaction. Grâce à cette capacité de réglage, les scientifiques peuvent traiter et manipuler les informations d’une manière qui dépasse de loin les versions actuelles des dispositifs magnoniques hybrides.

«Avant notre découverte, contrôler l’interaction photon-magnon était comme tirer une flèche dans les airs.»

– Xufeng Zhang, Centre Argonne pour les matériaux nanométriques

«Les chercheurs recherchent un moyen de contrôler cette interaction depuis quelques années», a déclaré Zhang.

La découverte de l’équipe ouvre une nouvelle direction pour le traitement du signal à base de magnons et devrait conduire à des appareils électroniques dotés de nouvelles capacités.

Il peut également permettre des applications importantes pour le traitement du signal quantique, où les interactions micro-ondes-magnoniques sont explorées comme un candidat prometteur pour le transfert d’informations entre différents systèmes quantiques.

Les autres auteurs de l’étude sont Changchun Zhong et Liang Jiang de l’Université de Chicago, et Jing Xu, Xu Han et Dafei Jin du Laboratoire national d’Argonne.

Référence: «Floquet Cavity Electromagnonics» par Jing Xu, Changchun Zhong, Xu Han, Dafei Jin, Liang Jiang et Xufeng Zhang, 1er décembre 2020, Lettres d’examen physique.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.237201

Financement: US Department of Energy Office of Basic Energy Sciences, US Army Research Laboratory, Army Research Office, Air Force Office of Scientific Research, National Science Foundation, Packard Foundation.