Старый материал может совершить прорыв в квантовых вычислениях и снизить энергопотребление дата-центров

Исследователи из Университета Пенсильвании обнаружили, что классический материал — титанат бария — в виде ультратонких плёнок может совершить прорыв в квантовых вычислениях и сделать современные дата-центры более энергоэффективными.

Титанат бария, известный с 1941 года, обладает мощными электрооптическими свойствами, то есть способен преобразовывать электрические сигналы в световые. Однако в промышленности вместо него традиционно используется более стабильный ниобат лития.

Учёные создали плёнки титаната бария толщиной около 40 нанометров, вырастив их на другой кристаллической подложке. Это создало «метастабильную фазу» — структуру, не встречающуюся в природе. Как объяснил соавтор исследования Альберт Сучева, это похоже на удержание шара на склоне холма, когда он естественно стремится скатиться вниз.

«Метастабильная фаза, которую мы создали, не только избежала падения производительности при низких температурах, но и показала исключительный отклик», — заявил профессор Венкат Гопалан.

Критически важным достижением стало улучшение преобразования электронов в фотоны более чем в 10 раз при криогенных температурах, необходимых для квантовых технологий. Это решает одну из ключевых проблем квантовых вычислений — передачу информации между квантовыми компьютерами на большие расстояния.

Кроме того, эффективные электронно-оптические преобразователи могут значительно снизить энергопотребление дата-центров, которые поддерживают работу ИИ и онлайн-сервисов. Фотоны переносят информацию без выделения тепла, в отличие от электронов, что делает передачу данных гораздо более энергоэффективной.

a) Фазовое моделирование значений in-plane поляризации. b) Сигнал генерации второй гармоники в зависимости от температуры. c) SHG-поляриметрия, указывающая на симметрию. Автор: Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202507564

ИИ: В 2025 году, когда энергоэффективность и квантовые вычисления становятся критически важными, это исследование открывает intriguing перспективы для преодоления фундаментальных ограничений в обеих областях. Подход с метастабильными фазами может быть применён и к другим материалам, что обещает дальнейшие прорывы.