|
Слоистый сверхпроводник демонстрирует необычные свойства
|
|
|
|
Команда исследователей из Калифорнийского института наносистем при Калифорнийском университете в Лос—Анджелесе разработала уникальный материал на основе обычного сверхпроводника, то есть вещества, которое позволяет электронам проходить через него с нулевым сопротивлением при определенных условиях, таких как экстремально низкая температура. Экспериментальный материал продемонстрировал свойства, свидетельствующие о его потенциальном использовании в квантовых вычислениях - развивающейся технологии, возможности которой превосходят возможности классических цифровых компьютеров. Статья опубликована в журнале Nature.
|
|
|
|
Обычные сверхпроводники обычно разрушаются при воздействии магнитных полей определенной напряженности. Новый материал продолжал сохранять сверхпроводящие свойства при гораздо более высоком магнитном поле, чем теоретический предел для обычного сверхпроводника. Команда также измерила, насколько большой электрический ток может выдержать новый материал, прежде чем он нарушит сверхпроводимость, подавая электричество в одном направлении, а затем снова в противоположном. Исследователи обнаружили, что в одном направлении ток значительно выше, чем в другом. Это часто называют эффектом сверхпроводящего диода. В отличие от этого, обычные сверхпроводники теряют свое нулевое сопротивление при одинаковом токе в обоих направлениях.
|
|
|
|
Квантовые компьютеры работают на основе противоречащих здравому смыслу правил, которые управляют взаимодействием элементарных частиц. Базовая единица информации в квантовых вычислениях, кубит, может иметь множество значений. Между тем, бит — базовая единица информации в классических вычислениях — может иметь только одно из двух значений.
|
|
|
Хотя квантовые компьютеры могут выполнять вычисления, недоступные традиционным компьютерам, технология все еще находится на ранней стадии развития, и ей предстоит преодолеть препятствия, прежде чем реализовать свои обещания. Одним из таких препятствий является хрупкость кубита. Незначительные изменения условий могут привести к потере кубитами своих квантовых свойств, которые длятся всего миллионные доли секунды.
|
|
|
|
Исследователи предположили, что нетрадиционный тип сверхпроводника, называемый киральным сверхпроводником, может помочь повысить способность кубитов сохранять точность при выполнении этапов программы.
|
|
|
|
Как хиральные, так и обычные сверхпроводники зависят от квантовых явлений. Пары электронов соединяются на расстоянии в состоянии, известном как запутанность, которое накладывает определенные правила на свойства электронов. В обычных сверхпроводниках, чтобы соблюдать эти правила, запутанные электроны движутся в противоположных направлениях и вращаются в противоположных направлениях. В хиральных сверхпроводниках запутанные электроны могут вращаться в одном направлении, и они должны подчиняться правилам, которые делают взаимосвязь между их движением чрезвычайно сложной, потенциально открывая новые возможности для настройки потока тока или обработки информации.
|
|
|
|
В результате этого контраста активность электронов в обычных сверхпроводниках демонстрирует симметрию, которая нарушается в хиральных сверхпроводниках, что приводит к преобладанию потока в одном направлении над потоком в другом, как это видно из эффекта сверхпроводящего диода. На сегодняшний день лишь несколько соединений являются кандидатами на хиральную сверхпроводимость, и они встречаются крайне редко. В текущем исследовании исследователи нашли способ настроить свой материал таким образом, чтобы обычный сверхпроводник действовал как хиральный.
|
|
|
|
Команда под руководством Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе создала решетку с чередующимися слоями. Один слой, изготовленный из дисульфида тантала, обычного сверхпроводника, был толщиной всего в три атома. Следующий был сделан из "левостороннего" или "правостороннего" молекулярного слоя другого соединения. Исследователи протестировали крошечные наноразмерные устройства, изготовленные из их кристаллической решетки, чтобы оценить, обладает ли материал свойствами хирального сверхпроводника.
|
|
|
|
Квантовые вычисления могут привести к таким инновациям, как нерушимая кибербезопасность, усиленный искусственный интеллект и высокоточное моделирование явлений - от действия лекарств в организме до движения городского транспорта и колебаний финансовых рынков. Чтобы получить доступ к этим приложениям, квантовым компьютерам необходимо будет значительно повысить свою работоспособность, несмотря на потенциальные помехи для хрупких кубитов. Сверхпроводящие схемы являются основой многих подходов к квантовым вычислениям, и ожидается, что эффект сверхпроводящего диода, достигаемый с помощью киральных сверхпроводников, будет полезен для создания более эффективных и стабильных кубитов.
|
|
|
|
Помимо использования в квантовых вычислениях, эффект сверхпроводящего диода в хиральных сверхпроводниках может значительно ускорить работу обычной электроники и коммуникационных технологий при минимальном потреблении энергии. Эти качества особенно хорошо подходят для специализированных приложений, таких как компьютеры, работающие при экстремально низких температурах в глубоком космосе.
|
|
|
|
Поскольку хиральные сверхпроводники было так трудно найти, создание их из более доступных компонентов — таких, как новый гибридный материал, о котором сообщалось в этом исследовании, — могло бы помочь раскрыть потенциал квантовых вычислений, а также улучшить электронные устройства.
|
|
|
|
Источник
|
