21.06.2021
Коллектив ученых из МФТИ и МИСиС разработал и протестировал новую платформу для реализации сверхсильной фотон-магнонной связи. Систему сделали из тонкопленочных гетероструктур на кристалле кремния. Это открытие решает проблему, над которой исследовательские группы в разных странах бились последний десяток лет, и дает доступ к новым возможностям в реализации квантовых технологий. Научная статья опубликована в высокорейтинговом журнале Science Advances.
В последнее десятилетие наблюдается серьезный прогресс в разработке искусственных квантовых систем. Ученые исследуют различные платформы, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Следующий важный шаг в квантовой индустрии требует эффективного метода обмена информацией между квантовыми системами на разных платформах для использования преимуществ каждой. Например, разрабатываются гибридные системы на основе коллективных спиновых возбуждений, или магнонов. В них магноны должны взаимодействовать с фотонами, электромагнитными колебаниями.
Основным сдерживающим фактором для развития подобных систем является принципиально слабая связь между фотонами и магнонами. Фотоны — это квантовые электромагнитные колебания, стоячая электромагнитная волна, запертая в резонаторе. Магноны — коллективные спиновые возбуждения, или магнитные колебания. Они разного размера, и у них разные законы дисперсии. Здесь можно привести для аналогии всем известных слона и моську — разница в размерах в сотню раз делает взаимодействие очень сложным.
Ученым из МФТИ совместно с коллегами удалось создать систему, в которой реализовано сверхсильное фотон-магнонное взаимодействие.
Василий Столяров, заместитель заведующего лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах МФТИ: «Мы сделали две подсистемы. В одной, представляющей собой сэндвич из тонких «пленок сверхпроводник / диэлектрик / сверхпроводник», фазовая скорость фотонов значимо снижается. В другой, также являющейся сэндвичем «сверхпроводник / ферромагнетик / сверхпроводник», сверхпроводящая близость на обеих границах раздела увеличивает коллективные собственные частоты спина. Высокие характеристики связи достигаются за счет подавления фазовой скорости фотона в электромагнитной подсистеме».
Это открытие ускорит реализацию гибридных квантовых систем, а также откроет новые возможности в сверхпроводящей спинтронике и магнонике.
Игорь Головчанский, руководитель исследования, старший научный сотрудник лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах МФТИ, руководитель лаборатории криоэлектронных систем НИТУ МИСиС, поясняет: «Фотоны очень плохо взаимодействуют с магнонами. Нам удалось сделать такую систему, в которой эти два вида возбуждений взаимодействуют очень сильно. Мы с помощью сверхпроводников существенно уменьшили электромагнитный резонатор. Это позволило в сотню раз снизить фазовую скорость фотонов, и взаимодействие кратно увеличилось».
Работа поддержана Министерством науки и высшего образования РФ и Российским научным фондом.
Монтирование сверхпроводящего чипа на плату. Фотограф — Андрей Змеев, пресс-служба МФТИ
Пресс-служба НИТУ «МИСиС»
Нет комментариев