Ilustração
do sistema acoplado ímã-qubit. O ímã e um qubit supercondutor são colocados com
uma separação de 4 cm. O campo elétrico na cavidade interage com o qubit,
enquanto o campo magnético interage com o ímã. A uma temperatura extremamente
baixa de -273 °C, magnons, ou seja, quantum de flutuações do ímã, coerentemente
casam com o qubit através do campo eletromagnético da cavidade. (Imagem: Yutaka
Tabuchi)
Pesquisadores
da Universidade de Tóquio demonstraram que é possível trocar um bit quântico, a
unidade mínima de informação utilizada por computadores quânticos, entre um
circuito quântico supercondutor e um quantum em um ímã chamado de magnon.
Ímãs exercem uma força magnética
produzida por um grande número de ímãs microscópicos - os spins dos elétrons -
que estão alinhados na mesma orientação. Os movimentos coletivos do conjunto de
spins são chamados de ondas de spin. Um magnon é um quantum de tais excitações,
semelhante a um fóton como um quantum de luz, isto é, a onda eletromagnética.
À temperatura ambiente os movimentos dos spins dos elétrons podem ser em grande
parte afetados pelo calor. As propriedades individuais dos magnons não tinham
sido estudadas a baixas temperaturas correspondentes para o ‘limite quântico’
em que desaparecem todas as flutuações de spin termicamente induzidas.
O grupo de pesquisa do professor
Yasunobu Nakamura conseguiu pela primeira vez acoplar um magnon com um fóton em
uma cavidade de micro-ondas a uma temperatura ultra-baixa perto do zero absoluto
(-273,14 °C). Eles observaram a interação coerente entre um magnon e um fóton,
colocando uma esfera ferromagnética em uma cavidade de micro-ondas.
O grupo de pesquisa demonstrou, além
disso, acoplamento coerente de um magnon a um circuito quântico supercondutor.
Este último é conhecido como um sistema de poço quântico controlável e como um
dos blocos de construção mais promissores para processadores quânticos. O grupo
colocou o ímã junto com o qubit supercondutor em uma cavidade e demonstrou a troca
de informações entre o magnon e qubit supercondutor mediada pela cavidade de micro-ondas.
Os resultados irão estimular a pesquisa
sobre o comportamento quântico de magnons em dispositivos de spintrônica e
abrir um caminho em direção a realização de interfaces quânticas e repetidores
quânticos.
