Ученые из МФТИ и Великобритании превратили набор из нескольких кусочков сверхпроводника в сверхчувствительный датчик магнитных полей и детектор квантовых состояний, который можно использовать для создания квантовых компьютеров, говорится в статье, опубликованной в журнале Nano Letters.
"Наша технология на удивление проста, мы берём в общем-то обычный для сверхпроводимости материал и используем давно известные методы фабрикации, такие как электронно-лучевая литография и высоковакуумное напыление алюминия. А в итоге, мы получаем систему, которую до нас никто не изучал",
— рассказывает Владимир Гуртовой, физик из МФТИ, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Примерно полвека назад многие ученые считали, что законы квантовой физики могут влиять исключительно на поведение объектов микромира, которые мы не можем увидеть при помощи наших собственных глаз. Это ошибочное мнение было опровергнуто в тот момент, когда ученые начали наблюдать за тем, что происходит внутри колец из сверхпроводника, разорванных в одной точке и разделенных тонким слоем изолятора.
Изначально физики считали, что движение сверхпроводящего тока прекратится после такой операции или заметно снизится, однако опыты показали, что это не так – электроны начинали "перепрыгивать" с одного конца проводника в другой благодаря квантовому туннелированию. То, как много электронов может одновременно пройти через барьер, зависит от силы магнитных полей и многих других факторов.
Существование этого явления было предсказано британским физиком Брайаном Джозефсоном (Brian Josephson) в 1962 году, за это открытие он получил Нобелевскую премию по физике 1973 года. Сегодня переходы Джозефсона активно используются при создании высокочувствительных датчиков магнитных полей и в качестве элементарных ячеек квантовых компьютеров, а также при определении многих стандартных физических величин.
Гуртовой и его коллеги создали новое квантовое устройство на базе переходов Джозефсона, способное обнаруживать квантовые состояния в проходящих через него токах и при этом сильнее реагировать на магнитные поля, чем обычные сверхпроводящие датчики, так называемые сквиды, работающие на базе этого же самого эффекта, но при этом более чувствительные к помехам и обладающие некоторыми другими недостатками.
Оно представляет собой два ромбовидных кольца из сверхпроводящих материалов, в которые встроено два подобных "разрыва", расположенных таким образом, что вся эта конструкция начинает очень резко реагировать на изменения в квантовых состояниях токов, которые одновременно проходят в обе стороны через одно из этих колец.
Это позволяет использовать подобный прибор не только в качестве замены для обычных сквидов, но и в качестве устройства, позволяющего очень точно считывать данные из сверхпроводящих кубитов, базовых вычислительных ячеек квантовых компьютеров. Для этого достаточно заменить одно из сверхпроводящих колец на кубит. Как надеются ученые, их детектор квантовых состояний ускорит разработку таких вычислительных машин.
