Ny modell som kan utveckla kvantdatorer

Studien visar att kvantsammanflätning – ett fenomen där partiklar blir oskiljaktigt kopplade – kan förändra magneters beteende på ett sätt som den klassiska fysiken inte kan förklara.

Magneter är en del av vår vardag, från kompasser till hårddiskar. Material blir magnetiskt eftersom varje atom innehåller små "magnetiska nålar", kallade spinn, som tillsammans skapar ett magnetfält. Traditionellt beskrivs spinnens rörelse med ”Landau-Lifshitz-Gilbertekvationen”. Men denna klassiska beskrivning tar inte hänsyn till kvantmekanikens underliga värld.

I den nya studien har forskare utvecklat en kvantmekanisk version av denna ekvation. Den nya modellen, som kallas den kvantmekaniska Landau-Lifshitz-Gilbertekvationen, visar att när två spinn sammanflätas kvantmekaniskt – alltså blir oskiljaktigt kopplade – kan deras magnetiska effekt i vissa fall helt försvinna.

– Detta är en effekt som inte kan förklaras med klassisk fysik där varje spinn alltid behåller sin styrka. Vi ville förstå hur kvantfysik påverkar dynamiken i magnetiska material och speciellt hur magnetismen och kvantsammanflätning är kopplat över tid i en kvantmekanisk värld, säger Danny Thonig.

Studien bekräftar att den nya kvantmekaniska Landau-Lifshitz-Gilbertekvationen kan beskriva både de förväntade klassiska effekterna och helt nya kvantfenomen.

På sikt kan upptäckten bidra till nya teknologier inom spinntronik – en teknik där elektroners spinn används för att lagra och bearbeta information. Det kan även få betydelse för kvantdatorer, där kvantsammanflätning är en nyckelkomponent.

Genom att förstå hur kvanteffekter påverkar dynamiken i magnetiska material kan forskare utveckla mer energieffektiva minnesenheter och nya typer av hårdvara för framtidens datorer.