Ученые нашли сверхпроводящий материал, свойства которого делают его идеальным кандидатом на роль кубитов в квантовом компьютере.

Квантовый компьютер отличается от обычного тем, что может передавать пакеты информации не бинарными сигналами — битами, а кубитами — сигналами, имеющими три возможных состояния: «0», «1» и их суперпозицию. Таким образом, квантовое вычислительное устройство обладает гораздо большей производительностью и потенциально может использоваться для выполнения сложных расчетов, более надежной шифровки данных и быстрого прогнозирования распространения вирусов.

В новом исследовании ученые обнаружили, что кольцо β-Bi₂Pd (сплав палладия и бета-формы висмута) может в естественной среде существовать между двумя состояниями в отсутствие внешнего магнитного поля. Для создания суперпозиции в исследованных ранее материалах требуются специфичные условия: либо это низкие или высокие температуры, либо огромные напряженности магнитного поля. В новом материале электроны могут циркулировать по часовой стрелке, против нее и одновременно в двух направлениях по кольцу.

Следующим шагом, по словам ученых, станет поиск майорановских фермионов в новом материале. Это частицы, которые также являются античастицами самих себя и необходимы для следующего уровня устройств — топологических квантовых компьютеров, которые на порядок стабильнее и надежнее создаваемых сегодня прототипов.

Майорановские фермионы могут появляться в особом типе сверхпроводящего материала — так называемом спин-триплетном сверхпроводнике. В нем электроны существуют в парах, где их собственные моменты движения — спины — направлены параллельно друг другу. Долгое время этот материал оставался неуловимым для ученых. Теперь же, после серии экспериментов, физики обнаружили, что тонкие пленки β-Bi₂Pd обладают особыми свойствами, необходимыми для будущего квантовых вычислений.

Ученым еще предстоит открыть внутренний спин-триплетный сверхпроводник, необходимый для развития квантовых вычислений, но авторы новой работы надеются, что открытие особых свойств в исследуемом ими материале приведет к обнаружению майорановских фермионов в следующем материале.