Учёные продвинулись в создании отдельных квантовых вычислителей и настала пора подумать о создании кластеров из нескольких систем. Проблема в том, что у разных групп свои квантовые платформы — сверхпроводящие, оптические, кремниевые или иные. Новая работа российских физиков позволяет рассчитывать на эффективный обмен информацией между квантовыми системами на разных платформах для использования преимуществ каждой.
Учёные из МФТИ и МИСиС разработали и протестировали новую платформу для реализации сверхсильной фотон-магнонной связи. Фотоны — это логичный выбор для обмена информацией между системами, а магноны — это квазичастицы, которые способны стать своеобразным интерфейсом между кубитами и внешними линиями связи. Российским физикам удалось создать на кремнии многослойную тонкоплёночную структуру, в которой фотоны «замедлялись» до такой степени, что могли создавать сверхсильное взаимодействие с магнонами.
«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», — поясняют в МФТИ.
Для реализации сильного взаимодействия фотонов с магнонами учёные создали две тонкоплёночные структуры. Одна из них в сотню раз снижала фазовую скорость фотонов — это слои сверхпроводник/диэлектрик/сверхпроводник, а другая — слои сверхпроводник/ферромагнетик/сверхпроводник — увеличивала коллективные собственные частоты спина (магнона). Подобная структура кратно увеличила взаимодействие фотонов и магнонов, что открывает путь к новым решениям в области сверхпроводящей спинтроники и магнонике и, в общем случае, приведёт к созданию гибридных квантовых систем. О работе рассказано в престижном журнале Science Advances. Статья свободно доступна по ссылке.
