Квантові гаджети майже в кишені: учені створили матеріал для електроніки майбутнього

Фізики з Університету Аалто у Фінляндії отримали ультратонкий двошаровий матеріал, який має квантові властивості та може бути використаний в електронних пристроях нового покоління. Про це дослідження пише портал Phys.org.

Як правило, для створення подібних матеріалів потрібні дорогі рідкісноземельні метали, проте вчені знайшли альтернативу. За словами дослідників, нове з'єднання здатне забезпечити створення оригінальної платформи для квантових обчислень та прискорити розробки в цій галузі. У цьому його відносно легко виготовити.

Команда намагалася створити спінову (від англ. spin — обертання, — ред. ) рідину — це один з магнітних станів речовини, що відрізняється особливими імпульсами елементарних частинок за низьких температур. Як правило, для цього створюють один шар з дисульфіду танталу завтовшки один атом, але в процесі обробки з'являються двошарові "острівці" речовини.

Учені виявили, що внаслідок взаємодії між двома шарами цих "острівців" виникає явище, відоме як ефект Кондо, що призводить до заплутаного стану матерії та появи системи з важкими ферміонами — частинками, у яких електрони поводяться так, ніби вони набагато важчі, ніж є насправді. Їх використовують у дослідженні квантових властивостей матеріалів. Наприклад, матеріали з важкими ферміонами можуть діяти як топологічні надпровідники, що підходять для створення більш стійких кубітів та зниження ймовірності помилок у квантових комп'ютерах.

"Вивченню складних квантових матеріалів перешкоджають властивості природних сполук. Наша мета — створити штучні дизайнерські матеріали, які можна легко налаштовувати та контролювати ззовні, щоб розширити діапазон екзотичних явищ, які можуть бути реалізовані в лабораторії", — розповів професор Пітер Лільєрот.

Хоча обидва шари складаються із сульфіду танталу, вони мають різні особливості. Один з них демонструє властивості металу і проводить електрони, інший замикає їх у стабільній атомарній решітці. Їхнє поєднання призводить до появи важких фермінів.

"Створення такого матеріалу насправді принесло б величезну користь, якби системи з важкими ферміонами можна було легко впроваджувати в електричні пристрої та налаштовувати ззовні", — додав Віліам Ваньо, провідний автор дослідження.

Учені підкреслили, що двошаровий матеріал допоможе дослідити так звану квантову критичність, коли речовина починає переходити з одного квантового стану до іншого. У проміжку між ними вся система сильно реагує на найменші зміни в навколишньому середовищі і може перетворитися на ще екзотичнішу квантову матерію.

"У майбутньому ми вивчимо, як система реагує на обертання кожного аркуша навколо іншого, і спробуємо змінити зв'язок між шарами, щоб налаштувати матеріал на квантову критичну поведінку", — сказав Пітер Лільєрот.

Раніше в Китаї створили два квантові комп'ютери в 10 млн разів потужніші за будь-який суперкомп'ютер. Одна із систем заснована на надпровідниках, а інша – на передачі інформації за допомогою світла.

Писали також про створення пастки з лазерів та магнітів для стабільної роботи квантових комп'ютерів. За допомогою нової технології британським ученим удалося зберегти кубіти на рекордно довгий термін.