Учёные выявили «бесконечную» квантовую пульсацию в ультратонких плёнках — путь к компьютерам будущего

Коллектив учёных из Университета науки и технологий в Южной Корее (UNIST) и Университета Ёнсе совершил прорыв, зафиксировав уникальное состояние материи, которое потенциально позволит создать квантовые компьютеры, защищённые от ошибок.

Речь идёт о феномене, известном как «квантовая спиновая жидкость Китаева», который был обнаружен в 20-нанометровых плёнках оксида кобальта с помощью нового метода световой интерференции. Эти результаты не только подтверждают гипотезы учёных, но и открывают новые возможности для поиска материалов, способных совершить революцию в области вычислений.

В обычных условиях, если представить атомные магниты как стрелки компаса, то они выстраиваются в упорядоченное состояние при снижении температуры. Однако в квантовой спиновой жидкости Китаева такие «стрелки» даже при температуре -257°C продолжают непредсказуемо колебаться. Это состояние играет решающую роль в разработке кубитов — компонентов квантовых компьютеров, сохраняющих стабильность несмотря на внешние воздействия.

Для фиксации этих сложных колебаний в ультратонких материалах традиционно применяются нейтронные методы, которые оказываются неэффективными при работе с плёнками менее 50 нм толщины.

Работа под руководством профессоров Чангхи Сона (UNIST), Чжэ Хуна Кима (Ёнсе) и Чон-У Ю (UNIST) изменила подход, используя свет вместо нейтронов. Учёные следили за экситонами — скоротечными частицами, образующимися при взаимодействии света с электронами, и которые мгновенно реагируют на любые изменения в магнитной структуре материала.

Наиболее важный вывод исследования — сохранение магнитных колебаний в оксиде кобальта даже при температурах выше -257°C, что подтверждает их квантовый характер и исключает случайные тепловые флуктуации.

Расчёты подтвердили, что в материале преобладают редкие взаимодействия, предсказанные моделью Алексея Китаева, делающие систему устойчивой к внешним воздействиям. «Ранее поиск таких материалов напоминал блуждание в темноте, — говорит профессор Сон. — Сейчас у нас есть метод, который выявляет квантовую жидкость и позволяет проектировать материалы с заданными свойствами, подобно тому, как инженеры создают микросхемы».

Значение данного открытия трудно переоценить. Тонкие плёнки можно легко интегрировать в современные электронные системы, а световые методы анализа сокращают время изучения материалов с месяцев до дней. Авторы предполагают, что в ближайшие 3–5 лет это ускорит развитие компактных квантовых процессоров, способных решать задачи, недоступные даже самым мощным суперкомпьютерам, такие как точное моделирование лекарственных средств и оптимизация глобальных энергетических систем.

Источник: iXBT