Учёные обнаружили новый «квантовый эхо-сигнал» в сверхпроводниках

Автор: Национальная лаборатория Эймса (США)

Учёные из Национальной лаборатории Эймса Министерства энергетики США и Университета штата Айова обнаружили неожиданный «квантовый эхо-сигнал» в сверхпроводящем материале. Это открытие проливает свет на квантовые явления, которые могут быть использованы в технологиях квантовых вычислений и сенсоров следующего поколения.

Сверхпроводники — это материалы, способные проводить электричество без сопротивления. Внутри них существуют коллективные колебания, известные как «моды Хиггса». Мода Хиггса — это квантовый феномен, возникающий при колебаниях электронного потенциала, аналогично бозону Хиггса. Они проявляются, когда материал переходит в сверхпроводящее состояние.

Наблюдение за этими колебаниями долгое время оставалось сложной задачей для учёных, поскольку они существуют крайне короткое время. Кроме того, они взаимодействуют с квазичастицами — возбуждениями, похожими на электроны, которые возникают при разрушении сверхпроводимости.

Однако, используя передовые методы терагерцовой (ТГц) спектроскопии, исследовательская группа обнаружила новый тип квантового эха, названный «эхо Хиггса», в сверхпроводящем материале ниобия, применяемом в квантовых схемах.

«В отличие от обычных эхо-сигналов, наблюдаемых в атомах или полупроводниках, эхо Хиггса возникает из-за сложного взаимодействия между модами Хиггса и квазичастицами, что приводит к необычным сигналам с уникальными характеристиками», — пояснил Цзиган Ван, учёный из лаборатории Эймса и руководитель исследовательской группы.

По словам Вана, эхо Хиггса способно «запоминать» и раскрывать скрытые квантовые процессы внутри материала. Применяя точно синхронизированные импульсы ТГц-излучения, команда смогла наблюдать эти эхо-сигналы. Используя такие импульсы, учёные также могут кодировать, хранить и извлекать квантовую информацию, заложенную в сверхпроводнике.

Исследование подробно описано в статье «Discovery of an unconventional quantum echo by interference of Higgs coherence», опубликованной в журнале Science Advances.

Эта работа демонстрирует возможность контроля и наблюдения за квантовой когерентностью в сверхпроводниках и открывает путь к новым методам хранения и обработки квантовой информации.

«Понимание и управление этими уникальными квантовыми эхо-сигналами приближает нас к практическому квантовому вычислению и передовым технологиям квантовых сенсоров», — отметил Ван.

Дополнительная информация: Chuankun Huang et al, Discovery of an unconventional quantum echo by interference of Higgs coherence, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.ads8740

Источник: Ames National Laboratory