Команда физиков-теоретиков из университета Индианы и Индийского технологического института Канпур обнаружила ключевые свойства тока в сверхпроводниках, которые могут стать важным шагом к созданию стабильных квантовых компьютеров. Исследование описывает Флоке-майорановские фермионы — квантовые состояния, которые могут устойчиво существовать и контролироваться в сверхпроводниках под воздействием периодически включаемого внешнего источника энергии.
Фермионы Майораны, впервые описанные в 1937 году итальянским физиком Этторе Майораной, представляют собой частицы, которые необычны тем, что являются собственными античастицами. Эти частицы вызывают интерес ученых, так как могут существовать в виде возбуждений на поверхности топологических сверхпроводников. Такие фермионы могут сохранять информацию в децентрализованной форме, что защищает ее от локальных помех и температурных колебаний — основной причины нестабильности квантовых компьютеров.
Такие компьютеры обладают мощным потенциалом, но их разработка сталкивается с вызовом дестабилизации квантовых битов, или кубитов, из-за декогеренции — процесса, при котором их состояния нарушаются под воздействием окружающей среды. Обычно, для работы кубитов необходимы экстремально низкие температуры, что делает их очень энергоемкими и сложными в поддержке. В этом исследовании команда под руководством профессора Бабака Сераджеха предложила использовать фермионы Майораны в качестве потенциального решения проблемы стабильности вычислений. Их уникальные свойства можно контролировать с помощью внешнего энергетического воздействия, чтобы стабилизировать кубиты.
Команда исследователей изучала фермионы Майораны в условиях, когда сверхпроводник подвергался циклическому внешнему воздействию, создавая так называемые Флоке-майорановские фермионы (ФМФ). Эти фермионы демонстрируют поведение, невозможное при обычных условиях, и образуют устойчивые состояния, которые зависят от частоты внешнего источника энергии. Это периодическое воздействие также влияет на квантовые состояния, создавая уникальные узоры потока тока, называемого током Джозефсона.
В большинстве систем ток между двумя сверхпроводниками повторяется на равных интервалах. Однако Флоке-майорановские фермионы создают осциллирующий ток с половинной частотой обычного цикла. Этот уникальный эффект можно использовать как метод обнаружения ФМФ, а также для изучения их потенциальных свойств в квантовых устройствах.
Одним из главных открытий команды стало то, что силу тока Джозефсона можно контролировать, изменяя химический потенциал сверхпроводников. Химический потенциал, по сути, служит своеобразной настройкой для свойств материала, и исследователи обнаружили, что он может быть синхронизирован с частотой внешнего источника, что позволяет точнее регулировать поведение системы. Такое управление открывает перспективы в обработке информации, где необходима высокая точность в управлении квантовыми состояниями.
Ранее физики впервые смогли перемешать сверхтвердое квантовое вещество.
