Cercetător: Magneții ar putea conecta computerele cuantice între ele
Xufeng Zhang, profesor de inginerie electrică și informatică, cercetează modul în care magneții pot fi folosiți pentru a crește eficiența energetică a computerelor la nivel cuantic. Profesorul a publicat recent două lucrări științifice care prezintă sisteme magnetice de mici dimensiuni dezvoltate împreună cu echipa sa, cu potențial de a reduce semnificativ consumul de energie al viitoarelor sisteme de calcul.
Una dintre lucrări, publicată pe serverul de preprint arXiv, descrie plasarea a peste 300 de surse de microunde pe un singur cip. Cea de-a doua, publicată în Physical Review Letters, prezintă o nouă abordare care ar putea face aceste sisteme mai ușor de implementat la nivel global.
Ce sunt magnonii și de ce contează
În centrul cercetării se află magnonii, unde minuscule care se propagă prin materiale magnetice precum nichelul și fierul atunci când acestea sunt perturbate. Din perspectiva mecanicii cuantice, magnonii sunt quasiparticule, adică sisteme asemănătoare particulelor care manifestă un comportament comun specific.
Magnonii sunt un fenomen cunoscut sub numele de unde de spin, care apar atunci când electronii din materialele magnetice sunt perturbați. Un aspect important este că acest proces nu emite sarcină electrică. Dispozitivele bazate pe unde de spin nu se confruntă cu așa-numita pierdere ohmică, adică energia electrică transformată în căldură nedorită.
„Acesta este cel mai mare dușman al electronicii moderne. De aceea unitatea centrală de procesare a computerului se încălzește”, a explicat Zhang. „De aceea transformă atât de multă putere în căldură din cauza pierderii ohmice.”
Cercetătorii studiază magnonii pentru potențialul lor de a transmite informații între sisteme digitale folosind foarte puțină energie în comparație cu sistemele tradiționale. În timpul procesului undelor de spin, niciun electron nu se deplasează, dar energia este totuși emisă prin interacțiune magnetică.
Dispozitive hibride magnonice
Dispozitivele hibride magnonice combină undele de spin cu alte canale de informație, precum microundele și undele acustice. Echipa lui Zhang creează astfel de sisteme pentru a valorifica avantajele fiecărui tip de undă.
Undele acustice, de exemplu, sunt potrivite pentru telefoanele mobile, deoarece pot filtra interferențele de frecvență nedorite în timpul apelurilor. Totuși, nu sunt ușor de reglat și adaptat în practică. Dispozitivele magnonice, în schimb, sunt foarte reglabile.
„Combinând magnonica și acustica, poți obține filtre înguste și le poți face reglabile”, a spus Zhang.
Cercetătorii combină tehnologia magnonică cu alte sisteme de detectare deoarece magnonii au singuri aplicații limitate, în principal în domeniul cercetării. „Proiectăm practic dispozitive noi astfel încât să amplificăm interacțiunile cu magneți, lumină și unde acustice”, a declarat Zhang. „De asemenea, proiectăm abordări noi pentru a controla aceste interacțiuni la cerere.”
Aplicații practice pentru publicul larg
Tehnologiile au o serie de aplicații reale, de la îmbunătățirea recepției celulare a smartphone-urilor și creșterea preciziei aparatelor de rezonanță magnetică, până la cercetarea materiei întunecate, care explorează materia misterioasă ce ține galaxiile împreună.
O aplicație majoră potențială este dezvoltarea computerelor cuantice. Deși aflate încă în stadii incipiente de dezvoltare, computerele cuantice — mașini avansate care procesează biți cuantici — ar putea transforma domenii de la descoperirea medicamentelor până la inteligența artificială.
„În acest moment, nu există multe metode bune prin care computerele cuantice să comunice între ele”, a spus Zhang. „Sperăm să folosim magneții pentru a conecta diferite tipuri de computere cuantice.”
Detalii de publicare
Prima lucrare, semnată de Yu Jiang și colaboratori, se intitulează „Generation of Ultra-Broadband Frequency Comb in Strongly Bistable Nonlinear Magnonic Resonator” și a fost publicată în arXiv în 2025. Cea de-a doua, „Experimental Realization of Synthetic Magnonic Lattice via Floquet Engineering”, semnată de Amin Pishehvar și colaboratori, a apărut în Physical Review Letters în 2026.
