Mokslininkai iš Norvegijos mokslo ir technologijų universiteto (NTNU) mano galėję užfiksuoti seniai ieškotą superlaidumo formą, kuri ateityje galėtų padaryti kvantinius kompiuterius stabilesnius ir gerokai efektyvesnius energijos požiūriu.
Profesoriaus Jacobo Linderio vadovaujama NTNU Fizikos katedros ir tyrimų centro „QuSpin“ komanda pateikė įrodymų, kad niobio ir renio lydinys NbRe gali elgtis kaip tripletinis superlaidininkas. Jei tai pasitvirtins, atradimas gali atverti naujas galimybes sukinio (angl. spin) pagrindu veikiančiai elektronikai ir pažangioms kvantinėms technologijoms.
„Tripletinis superlaidininkas yra vienas svarbiausių daugelio kietojo kūno fizikos tyrėjų siekių“, – teigė profesorius Jacobas Linderis. Pasak jo, medžiagos, pasižyminčios tripletiniu superlaidumu, kvantinių technologijų, ypač kvantinių kompiuterių, srityje neretai laikomos savotišku „šventuoju graliu“.
Įprasti, vadinamieji singletiniai superlaidininkai gali perduoti elektros srovę be jokios varžos. Tačiau juose poromis susijungusios dalelės neturi sukinio, todėl ribojamos taikymo galimybės sukinio elektronikoje (spintronikoje) ir kvantinėse sistemose, kurios remiasi ne krūvio, o sukinio valdymu.
Apskritinis pasipriešinimo nebuvimas perduodant sukinį
Tripletiniai superlaidininkai skiriasi tuo, kad jų superlaidžiosios dalelės turi sukinį. Pasak Linderio, tai turi itin svarbią pasekmę: atsiranda galimybė be varžos transportuoti ne tik elektros srovę, bet ir sukinio srovę.
Tai reikšminga todėl, kad sukinys yra fundamentali elektronų savybė, kurią galima panaudoti informacijai užkoduoti ir perduoti. Spintronikos tikslas – signalų apdorojimui naudoti sukinį vietoj elektrinio krūvio, taip potencialiai sumažinant energijos sąnaudas ir padidinant apdorojimo spartą.
„Viena didžiausių šiandienos kvantinių technologijų problemų – rasti būdą, kaip atlikti skaičiavimus pakankamu tikslumu“, – aiškino Linderis. Nestabilumas ir klaidos išlieka pagrindiniai barjerai siekiant didinti kvantinių kompiuterių mastelį. Medžiagos, galinčios užtikrinti nuostolių nesukeliantį sukinio perdavimą, galėtų prisidėti sprendžiant šią problemą.
Tyrėjai bendradarbiavo su eksperimentinės fizikos specialistais Italijoje ir išsamiau ištyrė NbRe lydinį. Jų matavimai rodo, kad ši medžiaga elgiasi kitaip, nei būtų tikimasi iš įprasto singletinio superlaidininko.
„Savo publikuotame straipsnyje parodome, kad NbRe pasižymi savybėmis, suderinamomis su tripletiniu superlaidumu“, – sakė Linderis. Vis dėlto jis pabrėžė, kad galutinėms išvadoms dar reikia daugiau duomenų: rezultatus turi patvirtinti ir kitos eksperimentinės grupės, taip pat būtina atlikti papildomus tripletinio superlaidumo testus.
Majoranos dalelės: kelias ir perspektyvos
Tripletiniai superlaidininkai siejami ir su egzotiškomis dalelėmis, vadinamomis Majoranos dalelėmis. Majoranos dalelė laikoma pačia sau antidalelė, o jos savybės vertinamos kaip perspektyvios kuriant stabilesnius kvantinius bitus.
Tokios dalelės galėtų sudaryti prielaidas kvantiniams skaičiavimams, kurie būtų mažiau jautrūs aplinkos triukšmui. Be to, NbRe lydinys išsiskiria ir darbine temperatūra: superlaidumas jame pasireiškia maždaug ties 7 kelvinais.
Nors tai vis dar labai žema temperatūra, ji gerokai aukštesnė už maždaug 1 kelvino ribą, reikalingą kai kuriems kitiems tripletinių superlaidininkų kandidatams, todėl eksperimentus atlikti tampa praktiškiau.
„Mūsų eksperimentiniai tyrimai parodo, kad ši medžiaga elgiasi visiškai kitaip, nei tikėtumėmės iš įprasto singletinio superlaidininko“, – pridūrė Linderis. Jei nepriklausomos tyrėjų grupės patvirtins šiuos rezultatus, NbRe gali tapti svarbia platforma, leidžiančia derinti superlaidumą ir spintroniką naujos kartos kvantiniuose įrenginiuose.
