Прорыв с магнонами позволит уменьшить квантовые компьютеры до размера монеты

Исследователи из Венского университета обнаружили магноны с временем жизни, превышающим предыдущие показатели почти в сто раз. Магноны представляют собой крошечные волны намагниченности, распространяющиеся в твердых магнитных материалах, аналогично рябям на воде после падения камня. В отличие от фотонов, которые могут двигаться в вакууме или оптических волокнах, магноны перемещаются внутри магнитных твердых тел.

Длина волны магнонов может достигать нанометрового масштаба, что теоретически позволяет создавать магнонные схемы на чипах размером с современные смартфоны. Поскольку магноны являются возбуждениями в твердом теле, они способны взаимодействовать с другими фундаментальными квазичастицами, такими как фононы и фотоны, что делает их перспективными элементами гибридных квантовых систем и квантовой метрологии.

Главным ограничением до сих пор оставалась крайне короткая продолжительность жизни магнонов. Ранее они могли надежно переносить квантовую информацию лишь на несколько сотен наносекунд, что недостаточно для практического применения в квантовых вычислениях.

Команда под руководством Винера сообщила о значительном прогрессе: время жизни магнонов достигло 18 микросекунд — почти в сто раз больше предыдущих наблюдений. Это открывает возможность создания квантового компьютера размером с монету в один цент. При таком масштабе магноны перестают быть кратковременными сигналами и становятся надежными носителями квантовой информации, сопоставимыми с сверхпроводящими кубитами, используемыми в современных квантовых процессорах. Результаты опубликованы в журнале Science Advances.

Метод охлаждения и выбор магнонов

Достижение стало возможным благодаря сочетанию двух подходов. Во-первых, вместо традиционных однородных магнонов исследователи использовали магноны с короткой длиной волны, которые меньше подвержены влиянию дефектов на поверхности кристалла, ограничивавших время жизни магнонов в прежних экспериментах.

Во-вторых, ученые поместили чрезвычайно чистые сферы из иттриевого железного граната (YIG) в криостат смешанной фазы и охладили их до 30 милликелвин — лишь немного выше абсолютного нуля. При таких низких температурах тепловые процессы, разрушающие магноны, практически замораживаются.

Влияние чистоты материала

Исследователи установили, что оставшееся ограничение времени жизни магнонов не связано с фундаментальными законами физики, а определяется следовыми примесями в кристалле. Три сферы с различной степенью чистоты показали четкую зависимость: чем чище материал, тем дольше живут магноны. Даже образец с наименьшей чистотой превзошел все предыдущие рекорды. Это означает, что дальнейшие улучшения в основном зависят от материаловедения, а не от открытия новых физических явлений.

Перспективы для квантовых технологий

Время жизни магнонов в 18 микросекунд способно превратить их из слабых промежуточных звеньев в надежные квантовые памяти и эффективные каналы связи на чипе. Магноны могут соединять сотни кубитов через общую магистраль, выступая в роли долгожданного квантового шины для масштабируемых квантовых компьютеров.

Поскольку магноны существуют в твердом теле и способны взаимодействовать с различными квантовыми системами, они могут служить универсальными преобразователями в гибридных квантовых архитектурах, обеспечивая связь между технологиями, которые иначе трудно интегрировать.

Исследование опубликовано в статье «Ultralong-living magnons in the quantum limit» авторов Ростислава О. Серхи и коллег 1 мая 2026 года в Science Advances (DOI: 10.1126/sciadv.aee2344). Работа поддержана Национальным научным фондом США (номер гранта DMR-2338060), Австрийским научным фондом (проект 10.55776/I6568) и Немецким исследовательским фондом (TRR 173—268565370 Spin+X, проекты B01 и B04).