Передовая обработка информации с исключительными точками и поверхностями

Ученые из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США являются исключительными во многих отношениях. Например, работая в сотрудничестве с Имперским колледжем Лондона, они провели исследование явления в системах обработки информации, называемого «исключительными точками». Это явление нашло применение в микроволновых, оптических и механических технологиях.

«Наша команда экспериментально обнаружила исключительную поверхность, непрерывную трехмерную изогнутую поверхность исключительных точек», — сказал Сюфэн Чжан, который руководил этим международным исследовательским проектом и работает в качестве ассистента в Центре наноразмерных материалов (CNM) в Аргонне. DOE Office of Science User Facility. Предыдущие исследования, проведенные другими, обнаружили точки исключения, и последующие исследователи построили линии измеренных точек исключения, но исследователи впервые изобразили поверхности.

«Подумайте о двух системах, каждая из которых имеет свою потерю энергии для окружающей среды», — объяснил Чжан. «Также представьте, что эти системы связаны между собой, чтобы они могли обмениваться энергией между ними».

Когда эти системы находятся далеко друг от друга, между ними происходит небольшое взаимодействие, и вычисления, связанные с энергией, дают два независимых решения, связанных с их взаимодействиями только с окружающей средой. Когда они сближаются и взаимодействуют друг с другом, системы вступают в переходную фазу, где существует только одно решение. Это считается исключительным моментом. По мере приближения систем исключительная точка исчезает, и вычисления дают пары «гибридных решений», представляющих собой смесь решений для каждой системы.

Возможное применение исключительных точек — датчики со значительно повышенной чувствительностью к нарушениям, таким как небольшие колебания в магнитном поле. Другим приложением является преобразование режима, которое позволяет, например, сигналы от двух сторон в телефонном вызове быть сохраненными в отдельных режимах, тем самым, по существу, устраняя любые нежелательные помехи.

«Наш первоначальный вклад состоит в том, чтобы нанести на карту трехмерные поверхности исключительных точек на основе экспериментальных измерений, и в результате получились поразительно красивые графики», — сказал Чжан. Эти исключительные поверхности сами имеют то, что Чжан называет «исключительными седловыми точками», самой исключительной точкой среди всех других исключительных точек на поверхностях. Эти седловые точки усилили желаемое поведение по сравнению с другими исключительными точками.

Экспериментальный аппарат команды объединяет две системы: специализированную печатную плату, которая ограничивает микроволны, и микромасштабную магнитную сферу из иттриевого железного граната, которая производит резонансы, называемые «магнонами».

«Магноны — это квантованные квазичастицы, связанные со спиновыми волнами, коллективным возбуждением магнитного упорядочения в кристаллической решетке», — объяснил Чжан. «Что здесь важно, так это то, что изменение намагниченности в одной точке решетки влияет на соседние участки, подобно волнам, струящимся по поверхности спокойного пруда».

Команда использовала магнито-электрооптический спектрометр в УНМ для измерения отклика на различные настройки силы и положения фотон-магнонной связи в своем устройстве, а затем нанесла результаты на трехмерные графики исключительной поверхности.

Несмотря на то, что это открытие является абстрактным и математическим, оно может оказать реальное влияние на обработку информации. В качестве одного из нескольких возможных примеров, передача информации требует, чтобы шум не искажал нули и передаваемые, а исключительное отображение поверхности могло бы помочь обеспечить гораздо большую защиту этого процесса.

«Наша работа также открывает захватывающие новые возможности для квантовой обработки информации с весьма желательными функциями», — отметил Чжан.

Источник истории:

Материалы предоставлены Министерством энергетики / Аргоннской национальной лабораторией . Оригинал Джозефа Э. Хармона. Примечание: содержимое может быть отредактировано по стилю и длине.

---

Ссылка на журнал :

1. Сюфэн Чжан, Кун Дин, Сяньцзин Чжоу, Цзин Сюй, Дафей Цзинь. Экспериментальное наблюдение исключительной поверхности в синтетических измерениях с магнонными поляритонами . Physical Review Letters , 2019; 123 (23) DOI: 10.1103 / PhysRevLett.123.237202