Магноны — это коллективные возбуждения спиновой системы в магнетике, которые можно представить как рябь на поверхности воды, но только в мире магнитных моментов. Они движутся внутри твердого тела, а не в пустоте, их длина волны может быть нанометровой — это позволяет создавать сверхплотные квантовые схемы. Главное преимущество магнонов перед фотонами или сверхпроводящими кубитами в том, что они естественным образом взаимодействуют с другими квазичастицами (фононами, фотонами), что делает их идеальными кандидатами для гибридных квантовых систем и квантовой метрологии. До сих пор главным препятствием было ничтожное время жизни — не более нескольких сотен наносекунд.

Команда ученых из Венского университета использовала два подхода. Во-первых, вместо обычных длинноволновых магнонов (которые страдают от дефектов поверхности) они использовали коротковолновые магноны — они меньше «чувствуют» шероховатости и загрязнения на поверхности кристалла. Во-вторых, сверхчистые сферы из иттрий-железного граната охладили до 30 милликельвин. При такой температуре тепловые флуктуации, которые обычно разрушают магноны, практически неподвижны.

Изучив три сферы с разной степенью чистоты, исследователи обнаружили четкую закономерность, пишет Scitech Daily: чем чище кристалл, тем дольше живут магноны, вплоть до 18 микросекунд. При этом даже самый загрязненный образец превзошел все предыдущие мировые рекорды. Это означает, что фундаментального физического предела пока не достигнуто — ограничение связано с микроскопическими примесями, а не с законами природы. То есть дальнейший прогресс будет зависеть от материаловедения — способности ученых вырастить сверхчистые кристаллы — а не от новой физики.

Поскольку магноны могут иметь длину волны порядка нанометра (в тысячи раз меньше, чем у фотона в оптоволокне), магнонные цепи в потенциале можно упаковать на кристалл размером с современный чип для смартфона или даже меньше. «Это открывает путь к квантовому компьютеру размером с монету в 1 цент», — заявили авторы.

Команда продолжит исследования, надеясь добиться такого же времени жизни магнонов при более высоких температурах и интеграции магнонных волноводов с существующими квантовыми процессорами.

Магноны обладают огромным потенциалом, но зачастую их сложно обнаружить без громоздкого лабораторного оборудования, которое недоступно для разработчиков магнонных устройств и так называемой спинтроники. Однако в США нашли способ упростить этот процесс при помощи двухмерного магнитного полупроводника толщиной в один слой атомов.