Квантовый скачок в физике конденсированного состояния
Многолетние поиски материалов, сочетающих высокотемпературную сверхпроводимость и экзотические топологические свойства, увенчались триумфом. Международная группа исследователей сообщила о синтезе стабильных двумерных гетероструктур на основе атомарных монослоев халькогенидов переходных металлов и пниктидов железа, демонстрирующих устойчивое нулевое электрическое сопротивление при температуре выше 80 Кельвинов (-193 градуса Цельсия) при нормальном атмосферном давлении.
Это эпохальное событие открывает возможность использования недорогого и доступного жидкого азота в качестве хладагента для устройств нового типа, исключая необходимость в дефицитном и дорогостоящем жидком гелии. Однако главная сенсация кроется не только в температурном пороге, но и в нетривиальной квантовой природе обнаруженного сверхпроводящего состояния.
Майорановские фермионы и топологическая защита тока
Анализ транспортных свойств и сканирующая туннельная микроскопия подтвердили, что полученный материал является p-волновым топологическим сверхпроводником. Вдоль одномерных границ кристаллической решетки и в ядрах квантованных магнитных вихрей были экспериментально визуализированы устойчивые нулевые моды Майораны — квазичастицы, являющиеся своими собственными античастицами.
Присутствие майорановских связанных состояний обеспечивает топологическую защиту незатухающего тока от локальных дефектов решетки, примесей и внешних тепловых флуктуаций. Электроны формируют спаренные куперовские пары с ненулевым орбитальным моментом импульса, что порождает уникальную устойчивость сверхпроводящей фазы к колоссальным внешним магнитным полям, превышающим сотню Тесла.
Революция в квантовых вычислениях и микроэлектронике
Двумерная природа синтезированного материала идеально адаптирована к современным технологиям планарной литографии, применяемым в полупроводниковой индустрии. Это снимает главное технологическое препятствие, мешавшее интеграции объемных купратных высокотемпературных сверхпроводников в интегральные микросхемы.
Физики уже продемонстрировали прототипы отказоустойчивых топологических кубитов на базе майорановских краевых каналов. В отличие от стандартных сверхпроводящих кубитов, подверженных быстрой квантовой декогеренции, топологические квантовые процессоры способны хранить информацию нелокально, что делает их на порядки менее восприимчивыми к окружающему шуму. Открытие сулит радикальный прорыв не только в создании масштабируемых квантовых суперкомпьютеров, но и в разработке бездиссипативных линий передачи данных для высокопроизводительных центров обработки данных.