Ученые МФТИ, работая с французскими специалистами из Университета Бордо, провели эксперимент по управлению одиночными вихрями Абрикосова в сверхпроводнике при помощи света.
В статье, опубликованной в Nature CommunicationsУчёные рассматривают возможность создания новых квантовых логических элементов для суперкомпьютеров.
Сверхпроводящее состояние, характеризующееся отсутствием электрического сопротивления, встречается в ряде материалов при низких температурах — от −273 до −70 градусов Цельсия. При переходе в сверхпроводящее состояние магнитное поле может быть полностью или частично вытеснено из объема сверхпроводника.
В 1957 году Алексей Абрикосов объяснил эффект неполного вытеснения, за что получил Нобелевскую премию в 2003 году. Материалы с неполным вытеснением стали именоваться сверхпроводниками второго рода. Абрикосов также показал, что проникновение поля происходит порциями — квантами магнитного потока. При увеличении магнитного поля в сверхпроводнике возникают кольцевые токи — вихри Абрикосова.
Сверхпроводники второго рода применяют во многих областях: от медицины до энергетики, а также в промышленной сфере. «Вихревая материя» определяет свойства сверхпроводников. Поэтому изучение и контроль над ней являются главными задачами современной физики. топологических Квантовые явления в сверхпроводящих системах — Иван Вещунов, соавтор публикации.
Для перемещения вихрей учёные применяли сфокусированный лазерный луч. Вихри Абрикосова стремятся двигаться в участки с более высокой температурой — ими стали нагретые лазером области тонких плёнок ниобия, охлаждённых до −268 градусов Цельсия. Важно то, что при перегреве сверхпроводимость в образце разрушается, поэтому интенсивность лазерного излучения требуется очень точно регулировать.
Вихри, являясь носителями элементарного кванта магнитного потока, позволяют создавать разные конфигурации магнитного поля для научных изысканий. Природа использует такую конфигурацию: при заданном магнитном поле вихри организуются в треугольную решетку. Перемещая вихри, можно получить новые типы решеток или вихревых линз.
Авторы считают, что исследованный процесс может быть применен для разработки оптических систем управления быстрой одноквантовой логикой, являющейся одним из направлений развития квантовых компьютеров. Эта технология считается наиболее перспективной кандидатурой для создания сверхбыстрой памяти для квантовых компьютеров. На данный момент элементы БОК-логики используются в цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователях, сверхточных магнитометрах, элементах памяти. Существуют прототипы вычислительных машин, например американский компьютер FLUX-1. Однако управление схемами БОК-логики в них в основном реализуется с помощью импульсов электрического тока. Переход к оптическому управлению — одно из направлений развития сверхпроводящих систем.
Что проделали исследователи, в среде специалистов именуют как … proof of concept— тестирование возможности применения метода для последующего изучения вихрей Абрикосова. Физикам предстоит выяснить, как повышение температуры приводит к разрушению вихрей, исследовать свойства решеток, которые образуют, и разобраться в их динамических свойствах. Все это важно для понимания физики сверхпроводников и возможности создания принципиально новых элементов микроэлектроники на их основе.
