Свещеният Граал на физиката: открит е материал, който самостоятелно създава перфектни кубити
Физици откриха свръхпроводник със симетричност, която не би трябвало да съществува.
Изследователи от Дрезденския институт IFW и консорциума ct.qmat оповестиха за откриването на необикновен вид на свръхпроводимост в кристала PtBi₂. В този материал поражда топологично свръхпроводящо положение с необичаен модел на електронни корелации. Този модел на двойни връзки не е срещан преди в твърдите тела и основава условия за появяването на Майорановите модове – квазичастици, предсказани от теорията и от дълго време следени единствено в някои изкуствено основани структури.
Интересът към PtBi₂ се дължи на обстоятелството, че той образува среда за майорановите възбуждания без магнитни полета, комплицирани интерфейси или многослойни структури. Тези квазичастици се държат като положения, като че ли са „ разграничени “ на две елементи, и рядко реагират на местни разстройства. Благодарение на тази непоклатимост те се преглеждат като основа за топологичните кубити – детайли на квантовите системи, които са по-малко податливи на неточности. При множеството подходи построяването на архитектурата за реализиране на мечтаните свойства лишава доста време. В PtBi₂ мечтаната настройка поражда естествено заради характерностите на самия кристал.
Най-поразителната характерност на материала е необикновеният механизъм на сдвояване на електроните. В типичните свръхпроводници двойките се образуват симетрично във всички направления. В купратите симетрията е по-сложна, само че остава четиристранна. В PtBi₂ откривателите откриват шестлъчева конструкция, обвързвана с трилъчевата симетричност на решетката. Това значи, че по продължение на шест избрани направления въобще не се образуват двойки. Подобен модел не се вписва в съществуващите модели и се смята за кардинално нов вид свръхпроводящо положение. Причините за този модел остават незнайни.
Не по-малко значим е и различен резултат: по ръбовете на образеца се образуват майорановите режими. Теоретичните калкулации демонстрират, че тези положения са закрепени навръх повърхностните равнища, а не в размера на материала. Ето за какво смяната на дебелината, основаването на стъпаловидни ръбове или смяната на формата на пластината дава опция да се управлява разпределението на възбужданията. Тази специфичност открива опция за пренасяне на майорановите режими съвсем като детайли на веригата и за анализиране на държанието им в действителни мостри, а освен в изкуствено съединени структури.
За да опишат държанието на PtBi₂, откривателите дефинират няколко поредни стадия. Първо, топологичните повърхностни равнища лимитират придвижването на електроните към горните пластове – и този резултат не изчезва даже след механичното разединение на кристала. След това повърхностните носители доближават свръхпроводящо положение, до момента в който вътрешните пластове остават железни, образувайки естествена трислойна настройка. След това се демонстрира рядко срещан модел на взаимоотношение с шест остриета. А по-късно на границите се образуват майорановите режими, чието състояние може да се трансформира благодарение на външно поле, смяна на дебелината или основаване на изкуствени степени.
Подобни квазичастици са в положение да съхраняват информацията във тип, резистентен на местни неточности, заради което се смятат за един от най-обещаващите разновидности за топологични квантови архитектури. Фактът, че PtBi₂ обезпечава всички нужни условия без комплицирани суперструктури, прави материала изключително скъп в подтекста на създаването на бъдещи компютри.
Следващото предизвикателство е да се разбере по какъв начин да се управлява разпределението на майорановите положения, а освен да се улови тяхното битие. Изследователите желаят да схванат по какъв начин се трансформира подреждането на възбужданията при понижаване дебелината на образеца, под въздействието на магнитно поле или при основаване на изкуствени структури върху повърхността.
