微小磁波或让量子计算机缩小到硬币大小

由维也纳大学安德里伊·楚马克领衔的国际研究团队取得重要突破：他们发现决定磁振子（magnon）寿命的关键因素不是基本物理规律，而是所穿越磁性材料的纯度。磁振子是磁性材料内部传播的自旋波，类似水面上的涟漪，但只能在磁体内部存在，不能在真空中传播。因其波长可缩至几纳米，磁振子器件有望集成到智能手机芯片大小的芯片上；又因能自然耦合声子、光子等其他准粒子，成为构建混合量子系统和量子精密测量的理想载体。过去，磁振子寿命仅几百纳秒，太短而无法稳定承载量子信息。本研究通过两项关键改进大幅延长其寿命：一是激发短波长磁振子，降低对晶体表面微小缺陷的敏感性；二是将超纯钇铁石榴石（YIG）球体置于混合相稀释制冷机中，冷却至仅30毫开尔文（接近绝对零度），从而冻结破坏磁振子的热扰动。实验对比三种不同纯度的YIG球体后发现：纯度越高，磁振子寿命越长——最不纯的样品也已超越此前所有纪录。这表明，未来提升磁振子性能主要依靠材料科学进步，而非突破物理极限。达到18微秒寿命后，磁振子已具备实用量子技术所需的时间尺度，可作为低损耗片上量子通信通道和可靠量子存储单元；更进一步，它有望充当连接数百个量子比特的‘量子总线’，并凭借其与多种量子系统的天然兼容性，扮演‘量子翻译器’角色，促进不同量子平台协同工作。该成果基于罗斯蒂斯拉夫·塞尔哈博士期间的实验，由维也纳大学联合美国科罗拉多大学科罗拉多斯普林斯分校及德、美、乌多家研究机构共同完成，维也纳物理博士学院成员凯特琳·麦卡利斯特参与合作。