Ученые всего мира разрабатывают новое оборудование для квантовых компьютеров - устройства нового типа, которые могут ускорить разработку лекарств, финансовое моделирование и прогнозирование погоды. Эти компьютеры полагаются на кубиты, кусочки материи, которые могут одновременно представлять некоторую комбинацию 1 и 0. Проблема в том, что кубиты непостоянны и превращаются в обычные биты, когда им мешает взаимодействие с окружающей материей. Но новое исследование Массачусетского технологического института предлагает способ защитить свое состояние с помощью феномена, называемого локализацией многих тел (MBL).
МБЛ - это своеобразная фаза вещества, предложенная несколько десятилетий назад, которая не похожа на твердую или жидкую. Обычно материя приходит в тепловое равновесие с окружающей средой. Вот почему суп остывает, а кубики льда тают. Но в MBL объект, состоящий из множества сильно взаимодействующих тел, таких как атомы, никогда не достигает такого равновесия. Тепло, как и звук, состоит из коллективных атомных колебаний и может распространяться волнами; внутри объекта всегда есть такие тепловые волны. Но когда в способе расположения атомов достаточно беспорядка и взаимодействия, волны могут попасть в ловушку, не давая объекту достичь равновесия.
МБЛ был продемонстрирован в «оптических решетках», структурах атомов при очень низких температурах, удерживаемых на месте с помощью лазеров. Но такие установки непрактичны. MBL, возможно, также был показан в твердых системах, но только с очень медленной временной динамикой, в которой существование фазы трудно доказать, потому что равновесие могло бы быть достигнуто, если бы исследователи могли ждать достаточно долго. Исследование Массачусетского технологического института обнаружило признаки MBL в «твердотельной» системе, состоящей из полупроводников, которая в противном случае достигла бы равновесия во время наблюдения.
«Это может открыть новую главу в изучении квантовой динамики», - говорит Рахул Нандкишор, физик из Университета Колорадо в Боулдере, который не принимал участия в работе.
Мингда Ли, доцент кафедры ядерных наук и инженерии Массачусетского технологического института Нормана К. Расмуссена, возглавил новое исследование, опубликованное в недавнем выпуске журнала Nano Letters . Исследователи построили систему, содержащую чередующиеся полупроводниковые слои, создающие микроскопическую лазанью - арсенид алюминия, за которым следует арсенид галлия, и так далее, для 600 слоев, каждый толщиной 3 нанометра (миллионных долей миллиметра). Между слоями они разбросали «наноточки», 2-нанометровые частицы арсенида эрбия, чтобы создать беспорядок. Лазанья, или «сверхрешетка», выпускалась по трем рецептам: один без наноточек, второй, в котором наноточки покрывали 8 процентов площади каждого слоя, и третий, в котором они покрывали 25 процентов.
