La magnónica cuántica busca formas de hacer que las excitaciones colectivas de los materiales magnéticos funcionen como cúbits. La mayoría de los esquemas utilizan magnones propagantes, pero las texturas de espín localizadas, como las paredes de dominio, son más fáciles de anclar, observar y desplazar. Sin embargo, el entrelazamiento estable entre tales objetos macroscópicos no se había demostrado hasta ahora. Este trabajo llena ese vacío proponiendo un esquema realista basado en la interacción optomecánica en un resonador.
Dos cintas ferromagnéticas con paredes de dominio de Bloch ancladas se colocan dentro de un resonador quiral monomodo. La luz circularmente polarizada ejerce presión de radiación sobre las paredes mediante el efecto Faraday inverso, lo que produce una interacción optomecánica efectiva. Las paredes de dominio se modelan como osciladores armónicos cuánticos con frecuencias determinadas por el potencial de anclaje. El sistema se describe mediante un hamiltoniano linealizado y ecuaciones de Langevin, y las fases estables se obtienen del análisis de los valores propios de la matriz de deriva. El entrelazamiento se calcula mediante la negatividad logarítmica de la matriz de covarianza.
En el espacio de parámetros (desafinamiento y acoplamiento efectivo) existen regiones con una o tres soluciones estables. Cerca de la línea de bifurcación transcrítica, donde cambia la estabilidad de las raíces, aparece un fuerte entrelazamiento. Con frecuencias iguales de las paredes de dominio, el fotón se entrelaza primero con ambas paredes, pero al aumentar el desafinamiento, el entrelazamiento se transfiere al par pared-pared. Con frecuencias diferentes, el fotón se entrelaza alternativamente con una de las paredes. Numéricamente se muestra que el entrelazamiento se mantiene hasta temperaturas de ~26 mK a una frecuencia de 1 GHz, y a 100 GHz hasta 2.6 K. El valor máximo de la negatividad logarítmica alcanza ~0.3.
Este trabajo demuestra que el entrelazamiento entre texturas de espín macroscópicas puede crearse y controlarse sin una fuerte no linealidad, utilizando solo la dinámica disipativa. Esto sitúa a las paredes de dominio al mismo nivel que otros candidatos para la computación cuántica y la memoria. A diferencia de propuestas anteriores con magnones propagantes, aquí los objetos están inmóviles y pueden abordarse individualmente.
El esquema puede extenderse a otras texturas quirales, como los skyrmiones, y a paredes de dominio ferroeléctricas, donde la fotostricción proporciona una fuerte interacción. El uso de materiales con alta frecuencia de oscilación de las paredes (hasta 100 GHz) permitiría elevar la temperatura de trabajo a varios kelvin. Es posible crear matrices de varios resonadores para redes cuánticas escalables.
Magnónica cuántica, espintrónica, optomecánica cuántica, sensores cuánticos.
Implementación experimental con granate de hierro-itrio y resonadores quirales; medición del entrelazamiento mediante detección homodina de la luz reflejada.
Problema de escalabilidad de los sistemas cuánticos: las paredes de dominio como cúbits macroscópicos pueden integrarse en matrices densas. Problema de decoherencia: el esquema propuesto funciona a temperaturas más altas que los sistemas magnónicos tradicionales.
Esta sección está dirigida al autor del trabajo y a sus colegas. Los trabajos vecinos los encontró la búsqueda por significado en nuestro archivo, no por coincidencia de palabras. No evaluamos: mostramos el campo alrededor.
Qué hace el trabajo
En este trabajo se propone un esquema para entrelazar dos paredes de dominio en cintas ferromagnéticas mediante un resonador óptico quiral. Modelando las paredes como osciladores cuánticos y analizando la estabilidad de la dinámica linealizada, los autores encuentran regiones de parámetros con fuerte entrelazamiento, incluida la conmutación entre correlaciones fotón-pared y pared-pared al variar la desintonía. Se demuestra que el efecto es robusto a temperaturas de hasta varios kelvin a altas frecuencias.
Dónde está su fuerza
La fortaleza del trabajo radica en que demuestra un entrelazamiento estable de texturas de espín macroscópicas sin necesidad de una fuerte no linealidad, aprovechando transiciones de fase disipativas. Esto abre el camino para utilizar paredes de dominio como qubits estacionarios, direccionables individualmente.
Hacia dónde puede avanzar
Vale la pena probar
Por qué puede importar
El esquema propuesto podría sentar las bases para dispositivos cuánticos que empleen texturas magnéticas macroscópicas como qubits operando a temperaturas relativamente altas. Esto es relevante para escalar tecnologías cuánticas e integrarlas con sistemas ópticos.
Trabajos cercanos en nuestro archivo
El archivo está vacío alrededor de este trabajo: el análisis más cercano queda en 0.54, frente a un 0.64 habitual. Parece que aquí al lado casi nadie ha perforado.
Las paredes de dominio en materiales magnéticos se comportan como partículas con una masa de ~10⁻²⁷ kg, y sus oscilaciones de punto cero son de unos 10 nm, varios órdenes de magnitud mayores que las de un átomo individual.
En la novela de Greg Egan «La escalera de Schild», los estados cuánticos de objetos macroscópicos se utilizan para realizar cálculos; las paredes de dominio podrían ser un paso hacia esa tecnología.