Los investigadores de la Facultad de Ingeniería Grainger de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign publicaron una nueva investigación en la revista Applied Physics Reviews, revelando una nueva tecnología que utiliza qubits cuánticos superconductoras para caracterizar con sensibilidad el comportamiento de magnons. Los magnons, como comportamiento cuántico colectivo de excitaciones de espín en materiales magnéticos, son de gran importancia para mejorar los dispositivos de computación cuántica. Sin embargo, para utilizar efectivamente los magnons, es necesario comprender en profundidad sus propiedades y limitaciones. Esta investigación logra una caracterización precisa del comportamiento de magnons en estados de alta excitación al acoplar materiales ferromagnéticos a través de una cavidad de microondas a qubits cuánticos superconductoras.

La autora principal de la investigación, Sonia Ranjan, señaló: "Para aplicar magnons en la computación cuántica, debemos entender correctamente las limitaciones del sistema. Actualmente, no hay una teoría completa que explique la importancia de ciertos efectos y su potencial impacto perjudicial". A través de experimentos, el equipo demostró el potencial de los qubits cuánticos superconductoras como detectores flexibles para estudiar magnons en una amplia gama de sistemas magnéticos, lo que tiene valor tanto para la conexión de computación cuántica como para la exploración de ciencias fundamentales. Los dispositivos de magnons pueden mejorar las funciones de las computadoras cuánticas, como la no reciprocidad y la conversión de frecuencia, pero estas funciones se basan en el supuesto de comportamiento lineal de magnons, cuya efectividad en aplicaciones reales aún necesita verificación.

En el experimento, el equipo de Ranjan exploró la dinámica de magnons utilizando dos técnicas: dispersión de frecuencia y bombeo paramétrico. La técnica de dispersión de frecuencia utiliza la relación entre el número de magnons y la frecuencia de trabajo del qubit cuántico para localizar con precisión el número de magnons, con un error de solo el 0,5%. La técnica de bombeo paramétrico puede establecer temporalmente interacciones entre qubits cuánticos y magnons y controlar su intensidad, proporcionando nuevas vías para la medición del número de magnons y el seguimiento de la excitación y decaimiento. Ranjan dijo: "La técnica de bombeo paramétrico nos permite explorar con precisión la dinámica de magnons que evoluciona con el tiempo en el sistema, sin afectar el rendimiento del sensor de qubit cuántico superconductor". La investigación también descubrió que el material granate de hierro itrio exhibe comportamiento lineal y características de amortiguamiento fáciles de entender incluso con hasta 2000 excitaciones de magnons. En el futuro, el equipo planea explorar más materiales magnéticos con excitaciones más fuertes para revelar efectos no lineales en las interacciones de magnons.