Переключать состояние можно, нагревая и охлаждая материал при температурах близких к комнатным. Американские физики обнаружили квантовый материал с изменяющейся фазой. Под действием тепла при температурах близких к комнатным он может менять и запоминать квантовое состояние. Этот и подобные материалы теоретически можно использовать для создания энергонезависимой квантовой памяти.

Фазоизменяющие материалы уже использовались в энергонезависимой цифровой памяти для классических компьютеров. Например, в перезаписываемых DVD-дисках лазер нагревает материалы, которые охлаждаются с образованием кристаллов или аморфных комков. Две фазы, имеющие очень разные оптические свойства, используются для хранения единиц и нулей цифровых битов информации.

Физики показали, что они могут аналогичным образом использовать тепло для переключения кристалла железа, германия и теллура (Fe_5-δGeTe₂)между двумя электронными фазами. В каждой из них ограниченное движение электронов создает топологически защищенные квантовые состояния.

Иллюстрация переключения фаз в кристаллах. Исследователи показали, что пустые атомные позиции в решетке кристаллов хаотично распределены в одной фазе (слева) и упорядочены в другой (справа). Изображение: Han Wu/Yi Research Group/Rice University

Это стало полной неожиданностью. Изначально нас интересовал этот материал из-за его магнитных свойств. Но потом мы проводили измерение и видели эту одну фазу, а затем при другом измерении мы видели другую. Номинально это был тот же материал, но результаты были очень другой, – Минг Йи, соавтор исследования.

Чтобы расшифровать происходящее в экспериментах, физикам потребовалось более двух лет. Но в итоге они обнаружили, что некоторые образцы кристаллов охлаждались быстрее, чем другие, когда их нагревали перед экспериментами.

Этот сплав не нужно плавить и перекристаллизовать для изменения фазы. Пустые атомные позиции в решетке кристалла (вакансии), располагаются в разном порядке в зависимости от того, как быстро охлаждался кристалл. Для переключения достаточно нагреть кристалл и охладить его в течение более длительного или короткого периода времени в зависимости от нужной фазы.