Два камертона в сверхпроводящем зале ✛

Оригинал: "Coupling of two individual magnon resonators via a superconducting microwave resonator operating in the strong coupling regime"
arXiv:2608.30454v1 · 2026-08-31 · CC BY 4.0 · 2 мин
Две тонкие магнитные полоски, повёрнутые друг к другу под углом, обменялись колебаниями через сверхпроводящий резонатор.

В большом зале два камертона стоят на поворотных подставках. Каждый настроен на свою ноту, но если подставки развернуть под нужным углом, камертоны начинают звучать в унисон, обмениваясь колебаниями через воздух. В эксперименте из лаборатории квантовых технологий роль камертонов сыграли две полоски из пермаллоя — сплава никеля и железа, который легко намагничивается и размагничивается. Полоски длиной около 900 микрометров и толщиной всего 30 нанометров лежали на сверхпроводящем резонаторе — плоской дорожке, которая умеет хранить микроволновые колебания, как зал хранит звук.

Каждая полоска — это крошечный магнитный резонатор. Когда внешнее магнитное поле поворачивается, меняется то, как полоска сопротивляется намагничиванию, и её собственная частота сдвигается. Именно так настраивают камертон, меняя натяжение струны.

Полоски разместили под углом 50 градусов друг к другу. Если повернуть внешнее поле на 25 градусов в одну сторону, одна полоска окажется настроена на частоту резонатора; повернуть на 25 градусов в другую — и вторая полоска попадёт в резонанс. При температуре 1,6 К, когда сверхпроводник работает без потерь, обе полоски одновременно связались с резонатором. Сила связи оказалась даже больше, чем у одиночной полоски: около 171,5 мегагерц против 140. Это значит, что две полоски не просто сидели рядом, а взаимодействовали друг с другом через общий резонатор, как два камертона усиливают звук, когда стоят в одном зале.

Когда обе полоски колеблются в противофазе, их излучение гасится, и в спектре появляется «тёмная мода». Её не видно в поглощении, но она важна для квантовой памяти: колебания могут храниться, не вытекая наружу.

Раньше для настройки каждого магнитного резонатора приходилось ставить отдельную катушку, которая занимала место и мешала миниатюризации. В новой работе настройка достигается только поворотом внешнего поля — так проще разместить много элементов на одном чипе. Этот приём пригодится для квантовых сетей, где магнитные колебания переносят информацию между кубитами, и для квантовой памяти, где данные нужно удерживать, не давая им рассеяться. Чип с двумя камертонами, настроенными поворотом подставки, стал шагом к таким устройствам.

Угол 50° между полосками выбран так, чтобы при симметричном повороте поля на ±25° обе полоски имели одинаковую резонансную частоту. Это позволило наблюдать тёмную моду, которая не видна в спектре поглощения, потому что колебания полосок гасят друг друга.

C = \frac{4g_{eff}^2}{\kappa \gamma}
Отношение квадрата силы связи к произведению скоростей затухания резонатора и магнона. При C > 1 система находится в режиме сильной связи.
Учёные
Satyendra Nath BoseAlbert Einstein
Понятия
микроволновый резонатор сверхпроводящий магнит ферромагнетик связь магнетизма и сверхпроводимости антиферромагнетик d-волновой альтермагнетик магнитный материал сверхпроводящий резонатор магнитный резонанс