Квантовый гистерезис открывает новые перспективы для атомтронной электроники

Физики, специализирующиеся в новой дисциплине, атомтронике, занимаются созданием аналогов электронных схем из систем атомов, используя лазеры и магнитные поля. В Joint Quantum Institute (JQI) на примере сверхтекучей атомтронной цепи удалось продемонстрировать гистерезис — эффект, имеющий ключевое значение для электроники. Так, например, он применяется при записи информации на жесткие диски и в другие запоминающие устройства, в определенных типах сенсоров и сглаживающих фильтров, таких как триггер Шмитта.

Эксперимент, описанный в февральском выпуске Nature стал первым опытом наблюдения гистерезиса в ультрахолодном атомном газе. Облако, состоящее из 400 тыс. атомов натрия, охладили до температуры около 0,1 микрокельвина, при которой образовался конденсат Бозе-Эйнштейна (КБЭ). Атомы удерживались в тороидальной ловушке, габаритами чуть больше человеческого эритроцита, а сфокусированный лазерный луч использовался, чтобы заставить полученную квантовую жидкость двигаться по кольцу.

Вращательная скорость сверхтекучей жидкости КБЭ подчиняется квантовым законам, то есть, может принимать только фиксированные значения, определяемые атомной массой и размерами ловушки.

При отсутствии гистерезиса, для того, чтобы, например, остановить вращение КБЭ, достаточно было бы просто снизить скорость перемешивания до некоей критической величины. На деле же, исследователям приходилось замедлять перемешивание далеко за пределы этого критического значения, а в ряде случаев, изменять его направление на противоположное.

Управление гистерезисом открывает перспективы для создания практичных устройств, например, атомтронных аналогов SQuID (superconducting quantum interference device), только используемых в качестве не сенсоров магнитного поля, а датчиков ускорения. Кроме того, системы с квантованной скоростью вращения, в принципе, могут составить основу нового типа квантовых битов (кубитов).

Углубленное исследование свойств и возможностей нового устройства — дальнейшая задача коллектива авторов JQI. Они также намерены усложнить его конструкцию, добавив второе кольцо.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI