Прорыв в области передачи информации — новая технология делает возможным производство гибридных вычислительных систем

Недавняя разработка инженеров, в буквальном смысле, открывает путь для улучшения качества передачи информации как в классическом, так и в квантовом режимах, а также повышает стабильность работы комбинированных систем.

Прорыв в области передачи информации — новая технология делает возможным производство гибридных вычислительных систем

Мы постоянно проходим через ту или иную форму дверей — переходя из комнаты в комнату, спускаясь в метро, заходя в парки и т.п.. В электронике тоже существуют своеобразные "ворота". Они управляют потоком информации из одного места в другое с помощью электрического сигнала. В отличие от обычных раздвижных дверей в торговом центре, эти ворота требуют контроля над их открытием и закрытием в каждый момент времени.

Ученые Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) и Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета разработали уникальные средства достижения эффективной работы затвора с помощью формы обработки информации, называемой электромагноникой. Разработанная технология позволяет в реальном времени управлять передачей информации между микроволновыми фотонами и магнонами. И это может привести к появлению нового поколения классических электронных и квантовых устройств, которые можно будет использовать в различных сферах, включая квантовые сети.

Прорыв в области передачи информации — новая технология делает возможным производство гибридных вычислительных систем

Источник:American Physical Society.

Схема устройства. Сферический магнонный резонатор YIG расположен под цилиндрическим диэлектрическим резонатором (DR) внутри медного корпуса. Внешнее магнитное поле H применяется вместе z-постоянным магнитом. Петля зонда предназначена для возбуждения и считывания микроволн; петля затвора вокруг сферы YIG обеспечивает поля управления вдоль z с использованием импульсных постоянных токов.

Микроволновые фотоны — это элементарные частицы, образующие электромагнитные волны, используемые, например, в беспроводной связи. Магноны — это частицоподобные представители "спиновых волн". То есть волновые возмущения в упорядоченном массиве выровненных под микроскопом спинов, которые возникают в определенных магнитных материалах.

Многие исследовательские группы комбинируют различные типы носителей информации для обработки информации. Такие гибридные системы показывают свойства, которые не представляется возможным добиться от носителей информации одного типа. При всех приемуществах, у таких систем есть один серьезный недостаток. Обработка сигналов, объединяющая спиновые волны и микроволны, — это высокотехнологичный процесс. Сигнал должен оставаться когерентным, несмотря на внешние воздействия, к которым относится даже рассеивание энергии при переключении потока.

Когерентная работа затвора (контроль включения, выключения и длительности магнон-фотонного взаимодействия) была очень желанной технологией в гибридных магнонных системах. В принципе, этого можно достичь быстрой перестройкой уровней энергии между фотоном и магноном. Однако такая настройка зависела от изменения геометрической конфигурации устройства. Обычно для этого требуется гораздо больше времени, чем время жизни магнона — порядка 100 наносекунд (одна сотая миллиардных доли секунды). Отсутствие механизма быстрой настройки для взаимодействия магнонов и фотонов сделало невозможным достижение какого-либо управления стробированием в реальном времени.

Используя новый метод, включающий настройку уровня энергии, команда смогла быстро переключаться между магнонным и фотонным состояниями в течение периода, меньшего, чем время жизни магнона или фотона. Этот период составляет от 10 до 100 наносекунд.

Суть метода достаточно проста: все начинается с настройки фотона и магнона с помощью электрического импульса, чтобы у них был одинаковый уровень энергии. Тогда, обмен информацией между ними начинается и продолжается до тех пор, пока электрический импульс выключен. После "включения" импульс сдвигает уровень энергии магнонной вдали от фотона.

С помощью этого механизма, команда может управлять потоком информации так, чтобы вся информация находилась в фотоне, или все в магноне, или в каком-то промежуточном месте. Это стало возможным благодаря новой конструкции устройства, которое позволяет настраивать магнитное поле с помощью наносекундной длительности, которое контролирует уровень энергии магнонов. Эта возможность настройки обеспечивает желаемую когерентную работу затвора.

Это исследование указывает на новое направление электромагноники. Что наиболее важно, продемонстрированный механизм не только работает в режиме классической электроники, но также может быть легко применен для управления магнонными состояниями в квантовом режиме. Это открывает возможности для обработки сигналов на основе электромагнетизма в квантовых вычислениях и коммуникациях.

Читайте также

Камера «Аквабласт» очищает детали без повреждения металла и резины

Камера «Аквабласт» очищает детали без повреждения металла и резины

Новый метод извлекает до 98% платины из старых автомобильных катализаторов

Новый метод извлекает до 98% платины из старых автомобильных катализаторов

ASUS закрыла опасные уязвимости роутеров — одна из них получила 9,4 балла из 10

ASUS закрыла опасные уязвимости роутеров — одна из них получила 9,4 балла из 10

Чип Neuralink установил рекорд управления компьютером силой мысли — 11,32 бит/с

Чип Neuralink установил рекорд управления компьютером силой мысли — 11,32 бит/с

Китай строит термоядерный реактор BEST — он должен начать вырабатывать электричество к 2030 году

Китай строит термоядерный реактор BEST — он должен начать вырабатывать электричество к 2030 году

Гуманоидный робот Nucleus отработал почти два часа на заводе — но 40% времени им управлял человек

Гуманоидный робот Nucleus отработал почти два часа на заводе — но 40% времени им управлял человек

«Вечные» датчики хотят питать от ядерных алмазных батарей — менять их годами не придется

«Вечные» датчики хотят питать от ядерных алмазных батарей — менять их годами не придется

«Рыба судного дня» подсказала ученым конструкцию бесшумного подводного робота

«Рыба судного дня» подсказала ученым конструкцию бесшумного подводного робота

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Электромобили с самым большим запасом хода в 2026 году: от Lucid Air до Mercedes-Benz EQS

Электромобили с самым большим запасом хода в 2026 году: от Lucid Air до Mercedes-Benz EQS

Honor может выпустить необычный Wide Foldable в январе — с камерой на 200 Мп и батареей более 7000 мАч

Honor может выпустить необычный Wide Foldable в январе — с камерой на 200 Мп и батареей более 7000 мАч

Физики создали трехмерный свет и получили квантовые состояния, ранее доступные только в теории

Физики создали трехмерный свет и получили квантовые состояния, ранее доступные только в теории

vivo X Fold6 представят 6 октября — вместе с ним могут показать гарнитуру смешанной реальности

vivo X Fold6 представят 6 октября — вместе с ним могут показать гарнитуру смешанной реальности

Робот-химера ALBATROSS падает с неба и становится парусной лодкой

Робот-химера ALBATROSS падает с неба и становится парусной лодкой