Сверхпроводники — это материалы, которые способны проводить электрический ток без сопротивления, что делает их особенно ценными для квантовой электроники. Внутри сверхпроводников происходят коллективные колебания электронного потенциала — специалисты называют их моды Хиггса. Эти вибрации напоминают поведение бозона Хиггса и возникают, когда материал переходит в сверхпроводящее состояние. Однако наблюдать такие квантовые колебания чрезвычайно сложно: они крайне короткоживущие и взаимодействуют со сложной средой — так называемыми квазичастицами, которые возникают при разрушении сверхпроводимости.
С помощью передовых методов терагерцовой (THz) спектроскопии ученые из Национальной лаборатории Эймса Министерства энергетики США и Университета штата Айова впервые зафиксировали уникальный отклик мод Хиггса в ниобиевом сверхпроводнике, который широко используется в квантовых цепях. Этот сигнал, получивший название «эхо Хиггса», оказался квантовым явлением совершенно нового типа. В отличие от более привычных эхосигналов в атомных системах или полупроводниках, он возникает за счет сложной интерференции между модами Хиггса и квазичастицами, приводя к неожиданным и отчетливо различимым эффектам.
Руководитель исследования, физик Джиган Ван из лаборатории Эймса, пояснил, что эхо Хиггса способно «запоминать» и проявлять скрытые квантовые траектории внутри материала. Благодаря точно выверенным импульсам терагерцового излучения команде удалось не только обнаружить эти квантовые сигналы, но и показать, что с их помощью можно закодировать, сохранить и затем извлечь квантовую информацию, заложенную в сверхпроводнике.
Работа ученых представляет собой значимый шаг вперед в управлении квантовой когерентностью — состоянием, в котором квантовая информация сохраняется и контролируется без разрушения. В будущем открытие американских физиков может стать основой для создания новых архитектур хранения и обработки квантовой информации. Даже столь эфемерные и трудноуловимые квантовые колебания, как эхо Хиггса, могут оказаться ключевыми элементами будущих технологических революций, которые могут полностью изменить способы передачи информации.
Ранее физики нашли третье царство квантовых частиц.
