Александр Спирин
Слои селенида ниобата (NbSe2) с разной сверхпроводимостью. Сверху расположен металлический стиль магнитного микроскопа. Иллюстрация Physorg
В самом конце ХVIII века священник Клод Шапп предложил строить башни гелиографа для семафорной передачи сведений. Имелось в виду, что служители будут следить в подзорные трубы за сигналами, подаваемые соседями. Греческое слово «гелиограф» переводится как «солнечный телеграф».
Световой телеграф был хорош днем и при солнечной погоде. От этих погодных условий не зависел созданный в XIX веке электрический телеграф. Правда, он требовал знания языка «точка – тире» для расшифровки и передачи сообщений.
И все же свет «пробил» себе дорогу в конце прошлого века, когда информацию стали «гонять» по оптоволоконным кабелям. Свет работает и в квантовых компьютерах. Проблема, однако, в том, что для них нужно создавать условия, в которых они могут функционировать – температуры, близкие к абсолютному нулю градусов (–273 °С). Речь идет о мощных и громоздких холодильниках.
Уже достаточно широко используются сегодня и разного рода нейрочипы, позволяющие стимулировать «адресные» нейроны. Это позволяет, например, подавлять самим эпилептическую активность, восстанавливать подвижность конечностей и речь. Но поток электронов создает вокруг себя магнитное поле, что позволяет регистрировать не только электрическую, но и магнитную активность мозга.
В конце ХХ века Нобелевская премия по физике была присуждена за разработку и создание сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). Этот прибор представляет собой остро заточенный металлический стержень-стиль, который подводится к поверхности исследуемого образца. При этом возникает пробой туннельного тока, сила которого зависит от степени приближения стиля к объекту исследования.
Оказалось, что возможен и СММ, то есть сканирующий магнитный микроскоп, регистрирующий магнитные всплески поверхностной сверхпроводимости (СП) слоев ниобата селена (NbSe2). Из ниобата удается получать сверхтонкие сверхпроводящие пленки нанометровой толщины (нм), которые можно укладывать друг на друга.
Некоторое время назад с помощью алмазного квантового сенсора в университете датского г. Люнгбю удалось зарегистрировать магнитные импульсы, генерируемые при электростимуляции мозга мышей.
В Еврейском университете Иерусалима с помощью СММ показали, что сверхпроводимость образца из 10 и более слоев, каждый из которых имеет толщину 4–6 нм, ведет себя вполне ожидаемым образом. В то же время при наличии всего трех–шести слоев СП преподнесла сюрприз – увеличение в три раза тока. Дело в том, что работали верхний и нижний слои, что и было названо поверхностной СП.
Открытие имеет большое значение как для науки, так и для будущих технологий. Можно напомнить, что открытие СП показало реальность квантовых процессов.
В Гарварде успешно работают над проблемой выявления и устранения неизбежных квантовых ошибок, полагаясь на нейтральные атомы. Их удерживают в фокусе пересечения лазерных лучей. Получается своеобразный лазерный пинцет, tweezer. Созданные в университете квантовые процессоры на атомах, которые удерживаются в так называемых оптических полостях между двумя зеркалами, позволяют выявлять квантовые ошибки с точностью 91%. Это открывает путь к созданию модулярных квантовых сетей. Авторы работы напоминают в связи с модулями и старый тезис диалектики: сумма частей порождает нечто новое в виде объединенных состояний (joint states), обладающих свойствами, которых нет у отдельных частей.
В том же Гарварде вместе с соседями из Массачусетского технологического института и коллегами из Чикагского университета создали роутер для микроволновых фотонов. Это серьезный прорыв в создании СП-квантовых сетей. Преимущество созданного проводника на основе ниобата лития (LiNb) связано с возможностью осуществления когерентного контроля СП-кубита с помощью света.
Авторы надеются, что их роутер позволит преодолеть главное препятствие на пути создания коммерческих квантовых компьютеров с необходимыми тысячами интегрированных кубитов без дорогостоящих систем охлаждения. Их роутер, оптическое устройство, позволит отказаться от громоздких микроволновых кабелей для контроля состояния кубитов, имеет толщину всего 2 мм и длину – 2 см. В то же время он сочетает микроволновый резонатор (алюминий на кремниевом чипе) с оптическим. Это обеспечивает связь (энтенглмент) кубитов посредством оптических фотонов. Соединение двух процессоров к тому же обеспечивает низкую потерю энергии в оптических сетях.
