Ученые впервые создали стабильную экситонную жидкость в двумерном устройстве. Рассмотрим, чем этот конденсат отличается от своих предшественников и как это открытие приближает нас к разработке энергоэффективных квантовых процессоров.
Ученые из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли сделали значительный шаг в области квантовой физики, создав стабильный конденсат Бозе — Эйнштейна (БЭК) из экситонов внутри ультратонкого полупроводникового устройства. В отличие от предыдущих моделей, требующих экстремально низких температур, этот «квантовый суп» сохраняет свою стабильность при температуре −271,15 °C и способен переключаться между различными состояниями с помощью обычного магнита, сообщает Phys.org.
На протяжении десятилетий физики стремились создать макроскопический квантовый конденсат из экситонов — парных связок электронов и «дырок» — положительных зарядов. Основная проблема заключалась в том, что такие пары существуют обычно не более миллиардной доли секунды, исчезая до того, как успевают сформировать единое квантовое состояние. Чтобы преодолеть это препятствие, исследователи разработали двумерное полупроводниковое устройство, в котором экситоны находятся в основном, а не возбужденном состоянии. Это позволило частицам достичь теплового равновесия и сформировать устойчивую «экситонную жидкость».
Используя метод магнитооптической спектроскопии при температурах, близких к абсолютному нулю, научная группа обнаружила, что конденсат остается стабильным до температуры −271,15 °C. Хотя для земных условий это все еще экстремальный холод, для квантовых систем это значительный прогресс, делающий технологию более практичной.
«Наиболее примечательно, что это не просто обычный конденсат. У него имеются внутренние структуры, которыми мы можем управлять. Просто применив небольшое магнитное поле, мы можем переключать одну и ту же экситонную жидкость между различными квантовыми состояниями», — отметил соавтор исследования Руиши Ци.
Достижения ученых открывают перспективы для создания новых вычислительных устройств. Поскольку экситоны представляют собой нейтральные частицы, они лишены электрического сопротивления, свойственного традиционным процессорам. Применение таких экситонных жидкостей сулит создание оптоэлектронных схем нового поколения, которые будут работать быстрее и потреблять меньше энергии, обеспечивая основу для квантовых симуляций и когерентной оптики.
Тем временем в России научились строить дороги из песка и бактерий. Разработка отечественных специалистов позволяет укреплять грунт бактериями без использования агрессивной химии.
Фото: hi-tech.mail.ru