Субатомное тесто: ученые нашли идеальный материал для надежных квантовых компьютеров

Ученые обнаружили необычный материал, который может послужить для создания стабильных квантовых компьютеров.

Об этом пишет издание Science Daily. 

С 2000-х годов исследователи ищут особый вид топологического сверхпроводника, по которому ток проходит без малейшего сопротивления за счет особой хореографии субатомных частиц. Команда из Центра квантовых материалов при Университете Мэриленд в США заметила, что такими свойствами обладает дителлурид урана (UTe2). 

Топология — это способ группировки фигур, которые можно плавно преобразовывать друг в друга путем толкания и вытягивания, подобно тому, как замешивают тесто. В топологическом сверхпроводнике электроны "танцуют" друг с другом, вращаясь вокруг своеобразной "дыры". Еще не придумали способа разрезать такой проводник и увеличить количество "танцевальных" движений, хотя такие свойства можно определить в ходе специальных экспериментов. До сих пор ни один сверхпроводник не был окончательно признан топологическим, однако UTe2 демонстрирует подходящие характеристики. 

Команда, во главе с профессором физики Джонпьером Пальоне, в сотрудничестве с группой из Стендфордского университета обнаружили у дителурида урана сразу два вида сверхпроводимости, и оба могут оказаться топологическими. В другом исследовании команда Стивена Анлаге зафиксировала необычные явления на поверхности того же материала. Согласно научной теории, их вызвали состояния Майорана, когда экзотические частицы ведут себя как половина электрона в топологических проводниках. По мнению ученых, именно эти частицы смогут обеспечить надежность квантовых компьютеров. 

UTe2 оказался нетрадиционным сверхпроводником из-за сильных магнитных полей, которые обычно разделяют пары электронов и разрушают сверхпроводимость. Это показывает, что электроны в нем держатся друг за друга намного крепче, возможно из-за кругового "танца".

В новом исследовании Пальоне и его сотрудники сообщили о двух новых особенностях, раскрывающих структуру UTe2. Они измерили удельную теплоемкость материала, определяющую количество энергии для повышения температуры на один градус, а также проверили, как она изменяется при переходе в сверхпроводящее состояние.  

"Обычно при сверхпроводящем переходе наблюдается большой скачок теплоемкости. Но мы видим, что на самом деле скачков два. Итак, это свидетельство двух сверхпроводящих переходов, а не только одного. И это очень необычно", — заявил руководитель проекта.

Если материал является топологическим, то на его поверхности состояния Майорана образуют вещество, не являющееся сверхпроводником. Частицы сохраняются даже при появлении дефектов или небольшом влиянии окружающей среды, что делает их хорошей основой для квантовых компьютеров. Кодирование информации на майорановских фермионах сделает ее практически невосприимчивой ко внешним возмущениям, которые неизменно разрушают квантовые состояния кубитов. 

Как отметил Пальоне, даже если на поверхности UTe2 есть майорановские фермионы, пока нет способа ими управлять. Однако кристаллы, ранее используемые в испытаниях, можно заменить на тонкую пленку из дителлурида урана. 

"Поскольку уран радиоактивен, требуется новое оборудование. Следующей задачей будет действительно попытаться увидеть, сможем ли мы "выращивать" пленки. Затем мы попытаемся сконструировать квантовую систему нового типа. Так что на это потребуется несколько лет, но это не безумие", — отметил ученый. 

Ранее писали, что стартап Atom Computing создал первый квантовый компьютер на 100 атомов. Система на основе лазеров под названием Phoenix показала высокую производительность и стабильность, которой не могут похвастаться другие аналоги.