Два маятника, связанные световой пружиной, начинают колебаться в такт, даже не касаясь друг друга. В квантовом мире такой синхронизм означает нечто большее: частицы теряют индивидуальность и становятся единым объектом. Именно это происходит с двумя доменными стенками — границами между областями с разной намагниченностью — внутри хирального резонатора, полости, пропускающей свет только одной поляризации.
Свет в резонаторе давит на стенки через обратный эффект Фарадея, когда фотоны создают магнитное поле в среде. Это оптомеханическое взаимодействие превращает свет в пружину: колебания одной стенки передаются другой. Физики построили теоретическую модель, в которой стенки ведут себя как квантовые осцилляторы, и обнаружили области параметров, где возникает диссипативный фазовый переход — смена устойчивого состояния из-за потерь. Вблизи таких точек запутанность максимальна.
Раньше было неясно, можно ли запутать два макроскопических магнитных дефекта без сильной нелинейности и при температурах выше милликельвинов. Теперь показано, что две закреплённые стенки в хиральном резонаторе можно привести в устойчивое перепутанное состояние, управляя только лазером и потенциалом закрепления. При одинаковых частотах фотон сначала запутывается с обеими стенками, а при увеличении расстройки запутанность переходит в пару стенка-стенка. При разных частотах фотон запутывается поочерёдно с одной из стенок.
Эта схема не требует сильной нелинейности и опирается на диссипативную динамику, что делает её практичной. Доменные стенки как макроскопические кубиты могут быть интегрированы в плотные массивы для квантовых вычислений и памяти. Работа при температурах до нескольких кельвинов решает проблему декогеренции, которая мучает традиционные магнонные системы. В перспективе такие запутанные стенки станут чувствительными зондами магнитного поля и строительными блоками квантовых сетей.
Числа впечатляют: запутанность сохраняется до 2.6 К при частоте 100 ГГц, а мощность лазера нужна всего несколько милливатт. Логарифмическая отрицательность, мера запутанности, достигает 0.3 — это заметная величина для макроскопических объектов. Схему можно распространить на другие хиральные текстуры, такие как скирмионы, и на ферроэлектрические доменные стенки, где фотострикция даёт сильное взаимодействие. Возможно создание массивов из нескольких резонаторов для масштабируемых квантовых сетей.
Доменные стенки в магнитных материалах ведут себя как частицы с массой ~10⁻²⁷ кг, а их нулевые колебания составляют около 10 нм — это на порядки больше, чем у одиночного атома.
В романе Грега Игана «Лестница Шильда» квантовые состояния макроскопических объектов используются для вычислений — доменные стенки могли бы стать шагом к такой технологии.