Сверхпроводимость крайне чувствительна к внутреннему устройству материала и внешним воздействиям. Для стабильной работы таких систем физики контролируют расположение атомов и влияние электромагнитных полей. При этом хаотичные процессы в сверхпроводниках могут не только мешать, но и использоваться в исследованиях.
При определённых условиях сверхпроводники проводят электрический ток без потерь на сопротивление. Обычно магнитное поле вытесняется из материала, однако после достижения критического уровня оно способно проникать внутрь сверхпроводников второго типа в форме микроскопических вихрей, известных как вихри Абрикосова. Вокруг их сердцевины, лишённой сверхпроводящих свойств, циркулирует ток куперовских пар.
Долгое время вихри Абрикосова рассматривались как фактор, нарушающий стабильность сверхпроводимости, поскольку они приводят к потерям энергии и снижению эффективности систем. Однако международная группа исследователей смогла получить устойчивые вихри внутри микроволнового резонатора на основе гранулированного алюминия. В этой конфигурации вихри используются как кубиты, состоянием которых удалось управлять. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.
Эксперименты проводились на сильно неупорядоченных тонких сверхпроводящих плёнках гранулированного алюминия, находящихся рядом с переходом между сверхпроводником и изолятором. Стабильность вихрей обеспечила структура материала: сверхпроводящие участки разделены слоями оксида алюминия, не обладающего такими свойствами. Из этого материала исследователи создали микроволновый резонатор, где вихри Абрикосова перемещаются благодаря механизму квантового туннелирования в сложном энергетическом ландшафте.
Швейцарские исследователи ранее представили первый рабочий механический кубит. Состояние суперпозиции удалось реализовать через колебания пьезоэлектрического диска.
Авторы исследования показали, что в таких условиях вихри не только поддаются управлению, но и ведут себя как атомы с двумя устойчивыми состояниями. Это соответствует ключевому требованию для применения в квантовых технологиях в качестве кубитов. Учёным удалось изменять состояние вихрей и считывать его при помощи микроволновых методов, основанных на квантовой электродинамике. Показатели когерентности и релаксации достигают микросекундного диапазона, что сопоставимо с современными сверхпроводящими кубитами.
Руководитель исследовательской группы профессор Йоан М. Поп отметил, что работа стала ещё одним подтверждением возможности использовать процессы, ранее считавшиеся нежелательными, как полезный ресурс при создании квантовых систем нового поколения.
