Квантовые гаджеты почти в кармане: ученые создали материал для электроники будущего

Физики из Университета Аалто в Финляндии получили ультратонкий двухслойный материал, который обладает квантовыми свойствами и может быть использован в электронных устройствах нового поколения. Об этом исследовании пишет портал Phys.org.

Как правило, для создания подобных материалов требуются дорогостоящие редкоземельные металлы, однако ученые нашли альтернативу. По словам исследователей, новое соединение способно обеспечить создание оригинальной платформы для квантовых вычислений и ускорить разработки в этой области. При этом его относительно легко изготовить.

Команда пыталась создать спиновую (от англ. spin — вращение, — ред.) жидкость — это одно из магнитных состояний вещества, которое отличается особыми импульсами элементарных частиц при низких температурах. Как правило, для этого создают один слой из дисульфида тантала толщиной в один атом, но в процессе обработки появляются двухслойные "островки" вещества.

Ученые обнаружили, что в следствии взаимодействия между двумя слоями этих "островков" возникает явление, известное как эффект Кондо, приводящее к запутанному состоянию материи и появлению системы с тяжелыми фермионами — частицами, в которых электроны ведут себя так, будто они намного тяжелее, чем есть на самом деле. Их используют в исследовании квантовых свойств материалов. Например, материалы с тяжелыми фермионами могут действовать как топологические сверхпроводники, подходящие для создания более устойчивых кубитов и снижения вероятности ошибок в квантовых компьютерах.

"Изучению сложных квантовых материалов препятствуют свойства природных соединений. Наша цель — создать искусственные дизайнерские материалы, которые можно легко настраивать и контролировать извне, чтобы расширить диапазон экзотических явлений, которые могут быть реализованы в лаборатории", — рассказал профессор Питер Лильерот.

Хотя оба слоя состоят из сульфида тантала, они имеют разные особенности. Один из них демонстрирует свойства металла и проводит электроны, другой же запирает их в стабильной атомарной решетке. Их сочетание приводит к появлению тяжелых ферминов.

"Создание такого материала в реальности принесло бы огромную пользу, если бы системы с тяжелыми фермионами можно было легко внедрять в электрические устройства и настраивать извне", — добавил Вилиам Ваньо, ведущий автор исследования.

Ученые подчеркнули, что двухслойный материал поможет исследовать так называемую квантовую критичность, когда вещество начинает переходить из одного квантового состояния в другое. В промежутке между ними вся система сильно реагирует на малейшие изменения в окружающей среде и может превратиться в еще более экзотическую квантовую материю.

"В будущем мы изучим, как система реагирует на вращение каждого листа относительно другого, и попытаемся изменить связь между слоями, чтобы настроить материал на квантовое критическое поведение", — поделился планами Питер Лильерот.

Ранее в Китае создали два квантовых компьютера в 10 млн раз мощнее любого суперкомпьютера. Одна из систем основана на сверхпроводниках, а другая — на передаче информации при помощи света.

Писали также о разработке ловушки из лазеров и магнитов для стабильной работы квантовых компьютеров. При помощи новой технологии британским ученым удалось сохранить кубиты на рекордно долгий срок.