“磁振子学”的量子技术新领域

  据外媒报道,在一项新研究中,芝加哥大学普利兹克分子工程学院和美国阿贡国家实验室的研究人员宣布,他们可以直接控制两种叫做微波光子和磁振子的量子粒子之间的相互作用。这种方法可能成为构建量子技术的新方法,包括具有新功能的电子设备。

  科学家们对量子技术寄予厚望,因为量子技术在过去十年中取得了飞跃式的发展,可能成为强大的新型计算机、超灵敏探测器,甚至 "防黑客 "通信的基础。但在扩大该技术的规模方面仍存在挑战,该技术依赖于操纵最小的粒子,以利用量子物理学的奇怪特性。

  两种这样的量子粒子是微波光子--形成我们已经用于无线通信的电磁波的基本粒子--以及磁振子。磁振子是一种类似于粒子的实体的术语,它能形成科学家所说的 "自旋波"--在磁性材料中会出现波状扰动,并可用于移动信息。

  近年来,让这两种类型的粒子相互对话已经成为经典和量子信息处理的一个有希望的平台。但这种相互作用被证明是不可能实时操纵的,直到现在。“在我们发现之前,控制光子-磁振子相互作用就像向空中射箭一样,”阿贡国家实验室纳米级材料中心的科学家、该研究的相应作者张旭峰说。“一旦射出,就完全无法控制那支箭。”

  该团队的发现改变了这一点。“它更像是在驾驶一架无人机,我们可以通过电子方式引导和控制它的飞行。”张旭峰说。

  通过智能工程,该团队采用电信号周期性地改变磁振子振动频率,从而诱发有效的磁振子-光子相互作用。其结果是,科学家们可以根据自己的意愿“调教”出有史以来第一个微波磁振子装置。

  该团队的装置可以在光子和磁振子之间传递信息时,随时控制光子-磁振子相互作用的强度。它甚至可以完全打开和关闭相互作用。有了这种调整能力,科学家可以用远超当前版本的混合磁振子装置的方式处理和操纵信息。

  “过去几年,研究人员一直在寻找控制这种相互作用的方法,”张旭峰说。

  该团队的发现为基于磁振子的信号处理开辟了一个新的方向,应该会带来具有新功能的电子设备。它还可能实现量子信号处理的重要应用,其中微波-磁振子相互作用正被探索为在不同量子系统之间传输信息的有前途的候选者。

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