Une équipe de scientifiques du NUST MISIS et du MIPT a développé et testé une nouvelle plate-forme pour la réalisation du couplage photon-magnon ultra-fort. Le système proposé est sur puce et est basé sur des hétérostructures en couches minces avec supraconductivité, couches ferromagnétiques et isolantes. Cette découverte résout un problème qui est à l'ordre du jour des équipes de recherche de différents pays depuis 10 ans, et ouvre de nouvelles opportunités dans la mise en œuvre des technologies quantiques. L'étude a été publiée dans la revue hautement cotée Avancées scientifiques.

La dernière décennie a vu des progrès significatifs dans le développement de systèmes quantiques artificiels. Les scientifiques explorent différentes plateformes, chacun avec ses avantages et ses inconvénients. La prochaine étape critique pour faire progresser l'industrie quantique nécessite une méthode efficace d'échange d'informations entre les systèmes hybrides de plates-formes qui pourraient bénéficier de plates-formes distinctes. Par exemple, systèmes hybrides basés sur des excitations collectives de spin, ou magnons, sont en cours d'élaboration. Dans de tels systèmes, les magnons doivent interagir avec les photons, ondes électromagnétiques stationnaires piégées dans un résonateur. Le principal facteur limitant pour le développement de tels systèmes est l'interaction fondamentalement faible entre photons et magnons. Ils sont de tailles différentes, et suivre différentes lois de dispersion. Cette différence de taille de cent fois ou plus complique considérablement l'interaction.

Les scientifiques du MIPT, avec leurs collègues, réussi à créer un système avec ce qu'on appelle le couplage photon-magnon ultra-fort.

Vasily Stolyarov, directeur adjoint du laboratoire MIPT des phénomènes quantiques topologiques dans les systèmes supraconducteurs, commenté, "Nous avons créé deux sous-systèmes. En un, étant un sandwich de couches minces supraconducteur/isolant/supraconducteur, les photons sont ralentis, leur vitesse de phase est réduite. Dans un autre, qui est aussi un sandwich de couches minces supraconducteur/ferromagnétique/supraconducteur, la proximité supraconductrice aux deux interfaces améliore les fréquences propres de spin collectives. Le couplage photon-magnon ultra fort est obtenu grâce à la vitesse de phase des photons supprimée dans le sous-système électromagnétique. »

Igor Golovchanskiy, chercheur de premier plan, chercheur senior au laboratoire MIPT des phénomènes quantiques topologiques dans les systèmes supraconducteurs, responsable du Laboratoire NUST MISIS de Systèmes Electroniques Cryogéniques, expliqué, "Les photons interagissent très faiblement avec les magnons. Nous avons réussi à créer un système dans lequel ces deux types d'excitations interagissent très fortement. A l'aide de supraconducteurs, nous avons considérablement réduit le résonateur électromagnétique. Cela a entraîné une réduction cent fois de la vitesse de phase des photons, et leur interaction avec les magnons a été multipliée par plusieurs."

Cette découverte va accélérer la mise en place de systèmes quantiques hybrides, ainsi qu'ouvrir de nouvelles possibilités dans la spintronique supraconductrice et la magnétique.