科学家在量子和经典信息处理领域取得重大发现
调谐的光子-磁振子相互作用。团队的设备位于中心。箭头指示磁振子的自旋激发方向。紫色护罩表示反射率测量值。在顶部相交的每一侧上分开的暗线表示可调节的强光子-磁振子耦合。
美国能源部（DOE）阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）的研究人员与芝加哥大学普利兹克分子工程学院的理论家合作，已经实现了前所未有的科学控制。他们展示了一种新颖的方法，该方法可以实时控制微波光子与磁振子之间的相互作用，从而有可能导致电子设备和量子信号处理领域的进步。
微波光子是形成我们用于无线通信的电磁波的基本粒子。另一方面，磁振子是构成科学家所谓的“自旋波”的基本粒子，自旋波是在某些磁性材料中可能发生的有序排列的微观排列的自旋的波状扰动。
“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。飞行后，那个箭头根本无法控制。”—阿旭大学纳米材料中心助理科学家张旭峰
近年来，微波光子-磁振子相互作用已经成为经典和量子信息处理的有前途的平台。但是，直到现在，这种交互都无法实时进行操作。
“在发现之前，控制光子与磁振子的相互作用就像向空中射箭一样，”阿贡大学DOE用户设施纳米级材料中心的助理科学家张旭峰（音）说。“一旦飞行，一个人根本无法控制那个箭头。”
团队的发现改变了这一点。张说：“现在，这更像是飞行无人机，我们可以在其中以电子方式指导和控制其飞行。”
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，从而诱导有效的磁振子-光子相互作用。结果是首个具有按需可调性的微波磁控设备。
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今的混合式强磁设备的方式来处理和操纵信息。
“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，”张说。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。
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
美国能源部基础能源科学办公室支持了这项研究，该研究发表在《物理评论快报》上。除张先生外，作家还包括徐静，钟长春（芝加哥大学），许寒，金大非和梁江（芝加哥大学）。
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