关键发现可能会打开被称为“ Magnonics”的量子技术的新领域

技术上的突破可以成功地将两种类型的称为微波光子和磁子的量子粒子配对，从而开启了称为“磁子学”的量子技术的新领域。

芝加哥大学阿贡分校的科学家驯服光子与磁子的相互作用

芝加哥大学普利兹克分子工程学院和阿贡国家实验室的研究人员首次发现，他们可以直接控制两种类型的量子粒子（称为微波光子和磁子）之间的相互作用。该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。

科学家对量子技术寄予厚望，量子技术在过去的十年中取得了长足的进步，并有望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。但是在扩大技术规模方面仍然存在挑战，这取决于操纵最小的粒子以利用量子物理学的奇怪特性。

两个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）和磁振子。磁振子是一种粒子状实体的术语，它形成了科学家所谓的``自旋波''（spin wave）-可能在磁性材料中发生的波状扰动，可用于移动信息。

近年来，使这两种类型的粒子相互交谈已成为经典和量子信息处理的有前途的平台。但是事实证明，直到现在，这种交互都无法实时进行。

阿贡国家实验室纳米材料中心的科学家，研究的相应作者张旭峰说：“在发现之前，控制光子与磁子的相互作用就像向空中射箭一样。”飞行后，完全可以控制该箭头。

该团队的发现改变了这一现状：``现在，这更像是驾驶无人机，我们可以在其中以电子方式指导和控制其飞行，''张说。

通过智能工程，该团队利用电信号来周期性地改变磁振子的振动频率，从而产生有效的磁振子-光子相互作用。结果是有史以来第一个科学家可以根据自己的意愿“调节”微波微波设备。

当信息在光子和磁振子之间传输时，团队的设备可以随时控制光子-磁振子相互作用的强度。它甚至可以完全打开和关闭交互。借助这种调整功能，科学家可以以远远超过当前混合动力设备的版本的方式来处理和操纵信息。

“在我们发现之前，控制光子与磁振子的相互作用就像向空中射箭一样。”

—张旭峰，阿贡纳米材料研究中心

张说：“过去几年，研究人员一直在寻找一种控制这种相互作用的方法。”

该小组的发现为基于磁振子的信号处理开辟了新的方向，并应导致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-磁相互作用被探索为在不同量子系统之间传输信息的有希望的候选者。

该研究的其他作者是芝加哥大学的钟长春和梁江，以及阿贡国家实验室的许静，许寒和金大非。

参考：徐静，钟长春，徐寒，金大飞，江亮和张旭峰的“浮球腔电磁学”，2020年12月1日，《物理评论快报》。DOI：
10.1103 / PhysRevLett.125.237201

资金：美国能源部基础能源科学处，美国陆军研究实验室，陆军研究室，空军科学研究所，美国国家科学基金会，帕卡德基金会。