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Magnônica: o novo campo da tecnologia quântica

Pesquisadores da University of Chicago e do Argonne National Laboratory anunciaram que podem controlar diretamente as interações entre dois tipos de partículas quânticas. A abordagem pode se tornar uma nova maneira de construir tecnologia quântica, incluindo dispositivos eletrônicos.

física quântica
Um avanço tecnológico poderia possibilitar um novo campo da tecnologia quântica chamado “magnônica”, ao emparelhar com sucesso dois tipos de partículas quânticas chamadas fótons de microondas e magnons. Os novos dispositivos serão mais rápidos, consumirão menos energia e não vão superaquecer.

Os cientistas têm grandes esperanças na tecnologia quântica, que avançou aos trancos e barrancos na última década e pode se tornar a base de novos e poderosos tipos de computadores, detectores ultrassensíveis e até mesmo comunicação "à prova de hack". Mas os desafios permanecem na ampliação da tecnologia, que depende da manipulação das menores partículas para aproveitar as estranhas propriedades da física quântica.

Duas dessas partículas quânticas são fótons de microondas - partículas elementares que formam as ondas eletromagnéticas que já usamos para comunicações sem fio - e magnons. Magnons são o termo para uma entidade semelhante a uma partícula que forma o que os cientistas chamam de “ondas de spin” - distúrbios semelhantes a ondas que podem ocorrer em materiais magnéticos e podem ser usados ​​para mover informações.


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Fazer com que esses dois tipos de partículas conversem entre si surgiu nos últimos anos como uma plataforma promissora para o processamento clássico e quântico de informações. Mas essa interação provou ser impossível de manipular em tempo real, até agora.

Antes de nossa descoberta, controlar a interação fóton-magnon era como atirar uma flecha para o ar”, disse Xufeng Zhang, cientista do Centro de Materiais em Nanoescala do Laboratório Nacional de Argonne e autor correspondente do estudo. "Não se tem controle algum sobre aquela flecha uma vez em vôo."

“Agora, é mais como pilotar um drone, onde podemos guiar e controlar seu vôo eletronicamente”, disse Zhang.

Por meio de engenharia inteligente, a equipe emprega um sinal elétrico para alterar periodicamente a frequência vibracional do magnon e, assim, induzir a interação magnon-fóton eficaz. O resultado é o primeiro dispositivo magnônico de micro-ondas que os cientistas podem “sintonizar” de acordo com seus desejos.

O dispositivo da equipe pode controlar a força da interação fóton-magnon em qualquer ponto enquanto a informação está sendo transferida entre fótons e magnons. Ele pode até mesmo ativar e desativar completamente a interação. Com essa capacidade de ajuste, os cientistas podem processar e manipular informações de maneiras que ultrapassam em muito as versões atuais de dispositivos magnônicos híbridos.

“Antes de nossa descoberta, controlar a interação fóton-magnon era como atirar uma flecha para o ar.” - Xufeng Zhang, Centro Argonne para Materiais em nanoescala.

A descoberta da equipe abre uma nova direção para o processamento de sinais baseados em magnons e deve levar a dispositivos eletrônicos com novos recursos. Também pode permitir aplicações importantes para processamento de sinais quânticos, onde as interações magnônicas de microondas estão sendo exploradas como um candidato promissor para a transferência de informações entre diferentes sistemas quânticos.


Referência: “Floquet Cavity Electromagnonics” de Jing Xu, Changchun Zhong, Xu Han, Dafei Jin, Liang Jiang e Xufeng Zhang, 1º de dezembro de 2020, Physical Review Letters.

DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.237201