Coherent Information Exchange Between Magnons And Microwave Photons 777x444 2 2
Thông tin công nghệ

Công nghệ mới mở ra cánh cổng cho thế hệ xử lý thông tin tiếp theo

Công nghệ mới mở đường cho việc chuyển giao thông tin được cải thiện trong cả chế độ cổ điển và lượng tử.

Nhiều người trong chúng ta đi qua các cổng mỗi ngày – các điểm ra vào không gian như vườn, công viên hoặc tàu điện ngầm. Điện tử cũng có cổng. Chúng điều khiển luồng thông tin từ nơi này đến nơi khác bằng tín hiệu điện. Không giống như cổng vườn, những cánh cổng này yêu cầu kiểm soát việc đóng mở của chúng nhanh hơn nhiều lần so với chớp mắt.

Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ ( DOE ) và Trường Kỹ thuật Phân tử Pritzker của Đại học Chicago đã phát minh ra một phương tiện độc đáo để đạt được hoạt động hiệu quả của cổng với một hình thức xử lý thông tin được gọi là điện từ. Khám phá quan trọng của họ cho phép kiểm soát thời gian thực việc truyền thông tin giữa các photon vi sóng và magnon. Và nó có thể tạo ra một thế hệ thiết bị điện tử và tín hiệu lượng tử cổ điển mới có thể được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau như chuyển mạch tín hiệu, điện toán công suất thấp và mạng lượng tử .

“Xử lý tín hiệu mà các cặp quay sóng và vi sóng là một hành động dây cao. Tín hiệu phải duy trì mạch lạc mặc dù bị tiêu tán và các tác động bên ngoài khác đe dọa làm cho hệ thống rơi vào trạng thái không ổn định ”. – Xufeng Zhang, trợ lý nhà khoa học tại Trung tâm Vật liệu kích thước nano

Các photon vi sóng là các hạt cơ bản hình thành nên các sóng điện từ được sử dụng trong truyền thông không dây. Magnons là đại diện giống như hạt của “sóng spin”. Đó là, nhiễu loạn giống như sóng trong một dãy các spin được sắp xếp theo thứ tự của kính hiển vi xảy ra trong một số vật liệu từ tính nhất định.

Xufeng Zhang, trợ lý nhà khoa học tại Trung tâm Vật liệu kích thước nano, Cơ sở Người dùng Khoa học thuộc Văn phòng DOE tại Argonne cho biết: “ Nhiều nhóm nghiên cứu đang kết hợp các loại vật mang thông tin khác nhau để xử lý thông tin. “Hệ thống hybrid này sẽ cho phép các ứng dụng thực tiễn mà không phải là có thể với nhà cung cấp thông tin về một loại duy nhất.”

Zhang nói thêm: “ Xử lý tín hiệu mà các cặp quay sóng và vi sóng là một hoạt động có tính dây cao. “Các tín hiệu phải duy trì chặt chẽ mặc dù dissipations năng lượng và tác động bên ngoài khác đe dọa ném hệ thống vào rời rạc.”

Hoạt động của cổng kết hợp (kiểm soát bật, tắt và thời gian của tương tác magnon-photon) đã là một mục tiêu được tìm kiếm từ lâu trong các hệ thống magnonic lai. Về nguyên tắc, điều này có thể đạt được bằng cách điều chỉnh nhanh mức năng lượng giữa photon và magnon. Tuy nhiên, việc điều chỉnh như vậy phụ thuộc vào việc thay đổi cấu hình hình học của thiết bị. Điều đó thường đòi hỏi lâu hơn nhiều so với thời gian tồn tại của magnon – theo thứ tự 100 nano giây (một trăm phần tỷ giây). Việc thiếu cơ chế điều chỉnh nhanh chóng để tương tác giữa các magnon và photon đã khiến nó không thể đạt được bất kỳ điều khiển kiểm soát thời gian thực nào.

Sử dụng một phương pháp mới liên quan đến điều chỉnh mức năng lượng, nhóm nghiên cứu đã có thể chuyển đổi nhanh chóng giữa trạng thái magnonic và quang tử trong một khoảng thời gian ngắn hơn thời gian tồn tại của magnon hoặc photon. Khoảng thời gian này chỉ từ 10 đến 100 nano giây.

Zhang cho biết: “ Chúng tôi bắt đầu bằng cách điều chỉnh photon và magnon bằng xung điện để chúng có cùng mức năng lượng. “Sau đó, việc trao đổi thông tin bắt đầu giữa họ và tiếp tục cho đến khi xung điện bị tắt, mà thay đổi mức năng lượng của Magnon xa đó của photon.”

Zhang cho biết, bằng cơ chế này, nhóm có thể kiểm soát luồng thông tin sao cho tất cả nằm trong photon hoặc tất cả trong magnon hoặc một số nơi ở giữa. Điều này có thể thực hiện được nhờ một thiết kế thiết bị mới cho phép điều chỉnh từ trường nano giây để điều khiển mức năng lượng magnon. Khả năng điều chỉnh này cho phép hoạt động cổng mạch lạc mong muốn.

Nghiên cứu này chỉ ra một hướng mới cho điện từ học. Quan trọng nhất, cơ chế đã được chứng minh không chỉ hoạt động trong régime điện tử cổ điển mà còn có thể được áp dụng dễ dàng để điều khiển các trạng thái magnonic trong régime lượng tử. Điều này mở ra cơ hội cho việc xử lý tín hiệu dựa trên điện từ trong tính toán lượng tử, truyền thông và cảm biến.

Nghiên cứu này được hỗ trợ một phần bởi Văn phòng Khoa học Năng lượng Cơ bản của DOE. Nó đã được báo cáo trên tạp chí Physical Review Letters, trong một bài báo có tựa đề “hoạt động cổng mạch lạc trong magnonics lai.” Ngoài Zhang, các tác giả bao gồm Jing Xu, Changchun Zhong, Xu Han, Dafei Jin và Liang Jiang.

Tham khảo: “Hoạt động cổng mạch lạc trong phép ghép từ” của Jing Xu, Changchun Zhong, Xu Han, Dafei Jin, Liang Jiang và Xufeng Zhang, 21 tháng 5 năm 2021, Physical Review Letters .
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.207202

Theo Scitechdaily

What's your reaction?

Excited
0
Happy
0
In Love
0
Not Sure
0

You may also like

Leave a reply

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Website này sử dụng Akismet để hạn chế spam. Tìm hiểu bình luận của bạn được duyệt như thế nào.