Ímãs minúsculos abrem nova rota para computadores quânticos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/03/2022

Esquema do circuito de acoplamento remoto das ondas magnéticas. Duas esferas são incorporadas ao circuito supercondutor de nióbio, onde o fóton de micro-ondas medeia a interação magnon-magnon.
[Imagem: Yi Li et al. - 10.1103/PhysRevLett.128.047701]

Sem limite da velocidade da luz

A magnônica promete processadores 1.000 vezes mais rápidos - e sem esquentar, o que torna esta uma das tecnologias mais promissoras para próxima geração de processamento de informações.

Fundamentadas no magnetismo, e não na eletricidade, portas lógicas feitas com componentes magnônicos podem chavear literalmente na velocidade da luz.

Mas talvez nem mesmo esse limite fundamental de velocidade do Universo - a velocidade da luz - seja um empecilho para a magnônica.

Uma equipe do Laboratório Nacional Argônio, nos EUA, acaba de demonstrar um circuito magnético no qual dois componentes magnônicos, distantes um do outro, são acoplados e trocam informações instantaneamente, funcionando como se fossem dois qubits, ampliando os limites da própria magnônica e oferecendo uma nova rota de desenvolvimento para os computadores quânticos.

"O acoplamento remoto de magnons é o primeiro passo, ou quase um pré-requisito, para realizar trabalho quântico com sistemas magnéticos. Mostramos a capacidade desses magnons se comunicarem instantaneamente uns com os outros à distância," disse o professor Valentine Novosad, coordenador da equipe.

Comunicação magnética instantânea

Magnons são quasipartículas que representam ondas magnéticas que emergem na superfície de alguns materiais, produzidas por oscilações coordenadas do momento magnético dos elétrons - mais tecnicamente, são ondas de spin quantizadas.

Assim como o movimento dos elétrons deu origem à eletrônica e o spin dos elétrons deu origem à spintrônica, cresce o interesse na exploração tecnológica dessas ondas magnéticas, dando origem à magnônica.

O que os pesquisadores conseguiram agora foi fazer um acoplamento eficiente entre dois componentes distantes, cada um controlando seu próprio magnon. O acoplamento significa que, mais do que trocar informações, as informações são trocadas continuamente.

Esta comunicação instantânea não requer o envio de uma mensagem entre os magnons, o que teria que ser limitado pela velocidade da luz, ou seja, é uma comunicação análoga ao entrelaçamento quântico, que permite a comunicação entre os qubits de um processador quântico.

(a) Esquema do componente magnônico, com a esfera YIG envolta pela bobina supercondutora. (b) Transmissão de energia da linha de alimentação.
[Imagem: Yi Li et al. - 10.1103/PhysRevLett.128.047701]

Componentes supercondutores

Para obter um forte efeito de acoplamento, os pesquisadores construíram um circuito supercondutor e usaram duas pequenas esferas magnéticas de granada de ítrio e ferro (YIG) embutidas no circuito. Este material, que suporta ondas magnônicas, garante um acoplamento eficiente e de baixa perda para as esferas magnéticas.

As duas esferas são acopladas magneticamente a um ressonador supercondutor compartilhado, feito de nióbio, que age como uma linha telefônica para criar um forte acoplamento entre as duas esferas, mesmo quando elas estão a quase um centímetro de distância uma da outra - 30 vezes a distância de seus diâmetros.

"Esta é uma conquista significativa", disse Yi Li, principal autor do estudo. "Efeitos semelhantes também podem ser observados entre magnons e ressonadores supercondutores, mas desta vez fizemos isso entre dois ressonadores magnônicos sem interação direta. O acoplamento vem da interação indireta entre as duas esferas e o ressonador supercondutor compartilhado."

De acordo com o pesquisador, como os spins magnéticos são altamente concentrados no componente, esta demonstração mostra a possibilidade de construir componentes quânticos miniaturizáveis. "É possível que pequenos ímãs possam conter o segredo para novos computadores quânticos," disse ele.

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