Субатомне тісто: учені знайшли ідеальний матеріал для надійних квантових комп'ютерів

Учені виявили незвичайний матеріал, який може послужити для створення стабільних квантових компʼютерів.

Про це пише видання Science Daily.

З 2000-х років дослідники шукають особливий вид топологічного надпровідника, за яким струм проходить без найменшого опору за рахунок особливої хореографії субатомних частинок. Команда з Центру квантових матеріалів при Університеті Меріленд у США помітила, що такими властивостями володіє дітеллурід урану (UTe2).

Топологія — це спосіб угруповання фігур, які можна плавно перетворювати одне в одного шляхом штовхання і витягування, подібно до того, як замішують тісто. У топологічному надпровіднику електрони "танцюють" одне з одним, обертаючись навколо своєрідної "дірки". Ще не придумали способу розрізати такий провідник і збільшити кількість "танцювальних" рухів, хоча такі властивості можна визначити в ході спеціальних експериментів. Досі жоден надпровідник не був остаточно визнаний топологічним, однак UTe2 демонструє відповідні характеристики.

Команда, на чолі з професором фізики Джонпʼєром Пальоне, у співпраці з групою зі Стендфордського університету виявили у дітелуріда урану відразу два види надпровідності, і обидва можуть виявитися топологічними. В іншому дослідженні команда Стівена Анлаге зафіксувала незвичайні явища на поверхні того ж матеріалу. Відповідно до наукової теорії, їх викликали стани Майорану, коли екзотичні частинки поводяться як половина електрона в топологічних провідниках. На думку вчених, саме ці частинки зможуть забезпечити надійність квантових компʼютерів.

UTe2 виявився нетрадиційним надпровідником через сильні магнітні поля, які зазвичай поділяють пари електронів і руйнують надпровідність. Це показує, що електрони в ньому тримаються одне за одного набагато міцніше, можливо, через круговий "танець".

У новому дослідженні Пальоне та його співробітників повідомили про дві нові особливості, які розкривають структуру UTe2. Вони виміряли питому теплоємність матеріалу, визначальну кількість енергії для підвищення температури на один градус, а також перевірили, як вона змінюється при переході в надпровідний стан.

"Зазвичай при надпровідному переході спостерігається великий стрибок теплоємності. Але ми бачимо, що насправді стрибків два. Отже, це свідчення двох надпровідних переходів, а не тільки одного. І це дуже незвично", — заявив керівник проекту.

Якщо матеріал є топологічним, то на його поверхні стани Майорану утворюють речовину, яка не є надпровідником. Частинки зберігаються навіть при появі дефектів або невеликому впливі довкілля, що робить їх доброю основою для квантових компʼютерів. Кодування інформації на ферміон майорану зробить її практично несприйнятливою до зовнішніх збурень, які незмінно руйнують квантові стани кубітів.

Як зазначив Пальоне, навіть якщо на поверхні UTe2 є майоранівські ферміони, поки немає способу ними управляти. Однак, кристали, раніше використовувані у випробуваннях, можна замінити на тонку плівку з дітеллуріда урану.

"Оскільки уран радіоактивний, потрібне нове обладнання. Наступним завданням буде дійсно спробувати побачити, чи зможемо ми "вирощувати" плівки. Потім ми спробуємо сконструювати квантову систему нового типу. Тому на це буде потрібно кілька років, але це не безумство", — зазначив учений .

Раніше писали, що стартап Atom Computing створив перший квантовий компʼютер на 100 атомів. Система на основі лазерів під назвою Phoenix показала високу продуктивність і стабільність, якою не можуть похвалитися інші аналоги.