Учёные разгадали 60-летнюю квантовую загадку

Сканирующая электронная микрофотография измеренных гибридных нанопроводов полупроводник-сверхпроводник с художественной иллюстрацией неуловимых вихревых состояний. Автор: Саулюс Вайтэкенас

Исследователи из Института Нильса Бора при Копенгагенском университете разработали новый подход к изучению неуловимых квантовых состояний в сверхпроводящих вихрях. Существование этих состояний предсказывалось ещё в 1960-х годах, но их прямое подтверждение оставалось крайне сложной задачей, поскольку эти состояния сжаты в энергетических масштабах, меньших, чем обычно можно разрешить в экспериментах.

Успех стал возможен благодаря сочетанию изобретательности и расширяющихся исследований в области дизайнерских материалов, создаваемых в лабораториях Института Нильса Бора. Результаты работы теперь опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Синтетические сверхпроводящие вихри — поиск «чёрного хода»

Вместо того чтобы пытаться наблюдать неуловимые состояния в их первоначальной среде, исследователи под руководством профессора Института Нильса Бора Саулюса Вайтэкенаса создали совершенно новую материальную систему, имитирующую условия.

Как будто используя хитроумный обходной путь, они обошли первоначальные ограничения, сконструировав крошечный сверхпроводящий цилиндр и применив магнитный поток для воссоздания ключевых физических принципов.

«Эта установка позволяет нам изучать те же квантовые состояния, но на наших собственных условиях, — говорит Саулюс. — Разрабатывая платформу самостоятельно, мы диктуем правила».

Изучение неуловимых состояний — фундаментальные исследования, но куда они ведут?

В растущем и очень конкурентном ландшафте квантовых исследований эта работа демонстрирует универсальность платформы полупроводник-сверхпроводник для реализации и изучения новых типов квантовых состояний.

И сама платформа полупроводник-сверхпроводник на самом деле также является копенгагенским нововведением примерно десятилетней давности. «Мы фактически наткнулись на эти состояния случайно — как и многие научные открытия. Но как только мы поняли, на что смотрим, осознали, что это больше, чем просто любопытство.

«Оказывается, они могут быть полезны для создания гибридных квантовых симуляторов, которые необходимы для изучения и понимания сложных материалов будущего», — объясняет Саулюс.

Квантовые симуляторы представляют особый интерес для моделирования сложных квантовых систем, которые невозможно эффективно рассчитать на обычных компьютерах. Это открытие может проложить путь к новым технологиям в квантовых вычислениях и материаловедении.