Ученые разработали уникальный квантовый «сэндвич», открывающий новые горизонты в квантовых технологиях
Международная команда исследователей под руководством ученых из Университета Ратгерса в Нью-Брансуике (США) совершила прорыв в области квантовых технологий, создав комбинацию двух уникальных материалов в экзотическую квантовую структуру, которая ранее считалась невозможной. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nano Letters, показывают, как четыре года экспериментальной работы привели к разработке «квантового сэндвича» из атомных слоев.
Данная квантовая структура включает в себя две ключевые компоненты: диспрозия титана и пирохлор иридат. Диспрозий титана – это неорганическое соединение, известное своей способностью захватывать радиоактивные материалы, а также обладающее уникальными магнитными свойствами, такими как наличие магнитных монополей. В свою очередь, пирохлор иридат представляет собой новый магнитный полуметалл, отличающийся особыми электронными и топологическими характеристиками.
Примечательно, что оба материала индивидуально считаются «невозможными» из-за своих характеристик, разрушительных для обычных представлений о квантовой физике. Создание «сэндвича» из них потенциально открывает новые возможности для изучения этих материалов на атомном уровне, что может существенно повлиять на развитие квантовых технологий.
По словам профессора экспериментальной физики Университета Ратгерса Джека Чахаляна, «это исследование открывает новые горизонты для проектирования искусственных квантовых материалов толщиной в 1-2 атома, что может существенно продвинуть квантовые технологии и углубить наше понимание всех возможностей, которые они предлагают».
Для реализации данного прорыва был разработан уникальный прибор, известный как Q-DiP. Этот прибор использует инфракрасный лазерный нагреватель и позволяет создавать материалы на атомном уровне поэтапно, что дает возможность точно исследовать сложные квантовые свойства при температурах, близких к абсолютному нулю.
Особенности диспрозия титана, который функционирует как спиновый лед, обуславливают его уникальную структуру. Внутри этого материала расположены микроскопические магниты, или спины, упорядоченные подобно структуре водяного льда. В результате таких взаимодействий возникают магнитные монополи — частицы с одним полюсом, которые не существуют в свободном виде в природе и могут наблюдаться лишь в условиях квантовой лаборатории.
Пирохлор иридат, в свою очередь, содержит релятивистские частицы, такие как фермионы Вейля, которые движутся с скорость света и могут вращаться в разные стороны. Эти свойства делают пирохлор иридат исключительным кандидатом для использования в современных электронных устройствах, так как он демонстрирует высокую устойчивость к помехам и эффективность в проводимости.
Экспертные анализы показывают, что особые электронные и магнитные свойства этой новой структуры могут способствовать развитию нестандартных и стабильных квантовых состояний, необходимых для практического применения квантовых вычислений. Аналитический отчет указывает, что к 2030 году объем рынка квантовых технологий может достичь более 1 триллиона долларов, значительно изменив облик таких ключевых секторов, как здравоохранение, финансы и искусственный интеллект.
В перспективе, когда квантовые технологии внедрятся в повседневную практику, они способны изменить представление о научных исследованиях и открыть новые горизонты в медицине, оптимизации логистики и повышении эффективности машинного обучения. Таким образом, создание уникального квантового «сэндвича» может стать значительным шагом к реализации этого потенциала.
