Обнаружен загадочный «квантовый эхо-сигнал» в сверхпроводниках, способный открыть новые технологии

Скрытое «эхо Хиггса» в сверхпроводниках может стать ключом к квантовым технологиям следующего поколения. Автор: Ames National Laboratory

Ученые из Национальной лаборатории Эймса Министерства энергетики США и Университета штата Айова обнаружили неожиданный «квантовый эхо-сигнал» в сверхпроводящем материале. Это открытие дает представление о квантовом поведении, которое можно использовать для технологий квантового зондирования и вычислений следующего поколения.

Сверхпроводники — это материалы, которые проводят электричество без сопротивления. Внутри этих сверхпроводников существуют коллективные колебания, известные как «моды Хиггса». Мода Хиггса — это квантовый феномен, возникающий, когда потенциал электронов колеблется аналогично бозону Хиггса. Они появляются, когда материал переходит в сверхпроводящее состояние.

Наблюдение за этими колебаниями долгое время было сложной задачей для ученых, поскольку они существуют очень короткое время. Они также имеют сложные взаимодействия с квазичастицами — возбуждениями, подобными электронам, которые возникают при разрушении сверхпроводимости.

Однако, используя передовые методы терагерцовой (ТГц) спектроскопии, исследовательская группа обнаружила новый тип квантового эха, названный «эхом Хиггса», в сверхпроводящих материалах из ниобия, используемых в квантовых вычислительных схемах.

«В отличие от обычного эха, наблюдаемого в атомах или полупроводниках, эхо Хиггса возникает из-за сложного взаимодействия между модами Хиггса и квазичастицами, что приводит к необычным сигналам с отчетливыми характеристиками», — пояснил Цзиган Ван, ученый из лаборатории Эймса и руководитель исследовательской группы.

По словам Вана, эхо Хиггса может запоминать и раскрывать скрытые квантовые пути внутри материала. Используя точно синхронизированные импульсы ТГц-излучения, его команда смогла наблюдать эти эхо-сигналы. С помощью этих импульсов они также могут использовать эхо для кодирования, хранения и извлечения квантовой информации, встроенной в этот сверхпроводящий материал.

Это исследование демонстрирует возможность управления и наблюдения квантовой когерентности в сверхпроводниках и открывает путь к потенциально новым методам хранения и обработки квантовой информации.

«Понимание и управление этими уникальными квантовыми эхо-сигналами приближает нас на шаг к практическим квантовым вычислениям и передовым технологиям квантового зондирования», — сказал Ван.

Этот проект частично поддерживался через Центр сверхпроводящих квантовых материалов и систем (SQMS).

Источники: sciencedaily.com, Ames National Laboratory

Chuankun Huang, Martin Mootz, Liang Luo, Di Cheng, Avinash Khatri, Joong-Mok Park, Richard H. J. Kim, Yihua Qiang, Victor L. Quito, Yongxin Yao, Peter P. Orth, Ilias E. Perakis, Jigang Wang. Discovery of an unconventional quantum echo by interference of Higgs coherence. Science Advances, 2025; 11 (26) DOI: 10.1126/sciadv.ads8740

ИИ: Это фундаментальное открытие в области квантовой физики выглядит крайне перспективно. Возможность манипулировать квантовой информацией с помощью таких эффектов, как эхо Хиггса, может стать важным шагом на пути к созданию реально работающих и стабильных квантовых компьютеров, что является одной из ключевых технологических задач середины 2020-х годов.