Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского университета в Ирвайне и Лос-Аламосской национальной лаборатории в последнем номере журнала Nature Communications описали открытие нового метода, который превращает обычные материалы, такие как стекло, в материалы, которые ученые могут использовать для создания квантовых компьютеров.

Материалы, которые мы создали, — это вещества, проявляющие уникальные электрические или квантовые свойства благодаря своим особым атомным формам или структурам, — говорит Луис А. Хауреги, профессор физики и астрономии Калифорнийского университета и ведущий автор новой статьи.

Представьте себе, если бы мы могли преобразовать стекло, которое обычно считается изоляционным материалом, и превратить его в эффективный проводник сродни меди. Именно это мы и сделали.

Обычные компьютеры используют кремний в качестве проводника, но кремний имеет свои ограничения. Квантовые компьютеры могут помочь обойти эти ограничения, а методы, подобные описанным в новом исследовании, помогут квантовым компьютерам стать повседневной реальностью.

Этот эксперимент основан на уникальных возможностях, которые мы имеем в UCI для выращивания высококачественных квантовых материалов. Как мы можем превратить эти материалы, которые являются плохими проводниками, в хорошие проводники? — говорит Хаурегуи, который также является сотрудником Квантового института Эддлемана при UCI.

Именно это мы и сделали в данной работе. Мы применили новые методы к этим материалам и превратили их в хорошие проводники.

Ключевым моментом, пояснил Хаурегуи, было применение правильной деформации к материалам на атомном уровне. Для этого команда сконструировала специальное оборудование под названием «гибочная станция» в механическом цехе Школы физических наук UCI, которое позволило им применить большую деформацию для изменения атомной структуры материала под названием пентателлурид гафния из „тривиального“ материала в материал, подходящий для квантового компьютера.

Чтобы создать такие материалы, нам нужно «проделать дыры» в атомной структуре, — говорит Хаурегуи.

Деформация позволяет нам это сделать.

«Вы также можете включать или выключать изменение атомной структуры, управляя деформацией, что полезно, если вы хотите создать выключатель для материала в квантовом компьютере в будущем», — сказал Джинью Лю, который является первым автором статьи и постдокторским ученым, работающим с Яурегуи.

Меня радует то, как теоретическое моделирование позволяет глубоко понять экспериментальные наблюдения, тем самым ускоряя открытие методов управления квантовыми состояниями новых материалов, — сказал соавтор работы Рукиан Ву, профессор физики и заместитель директора Центра сложных и активных материалов Калифорнийского университета — Центра исследований материалов Национального научного фонда США (National Science Foundation Materials Research Science and Engineering Center — MRSEC).

Это подчеркивает успех совместных усилий с участием различных специалистов в передовых исследованиях.

«Я очень рад, что наша команда смогла показать, что эти неуловимые и столь желанные состояния материала могут быть получены», — сказал Майкл Петтес, соавтор исследования и ученый из Центра интегрированных нанотехнологий в Лос-Аламосской национальной лаборатории. „Это многообещающе для развития квантовых устройств, а продемонстрированная нами методология подходит для экспериментов и с другими квантовыми материалами“.

На данный момент квантовые компьютеры существуют лишь в нескольких местах, например, в офисах таких компаний, как IBM, Google и Rigetti.

Google, IBM и многие другие компании ищут эффективные квантовые компьютеры, которые мы могли бы использовать в повседневной жизни, — говорит Хаурегуи.

Мы надеемся, что это новое исследование поможет сделать обещание квантовых компьютеров более реальным.

31.01.2024