Новий тип надпровідності відкриває доступ до квантових додатків

Дослідження компанії Terra Quantum, що займається розробкою квантових технологій, було опубліковано в журналі Physical Review B і описує новий тип надпровідності III, в якому надпровідні острови розділені ненадпровідними областями, що призводить до унікальних магнітних і електричних властивостей.

Надпровідник типу III може зменшити втрати енергії в надпровідних квантових кубітах і кабелях за вищих температур, ніж матеріали типу II.

Надпровідність традиційно класифікується на тип I та тип II. Надпровідники I типу виганяють магнітні поля доти, доки за певного рівня напруженості магнітного поля надпровідність не руйнується. Надпровідники II типу допускають проникнення магнітних полів у деякому інтервалі магнітних полів (поки надпровідність не зруйнується під дією високих магнітних полів) у вигляді так званих вихорів Абрикосова, що містять нормальні ядра. З цього випливає, що рух вихорів спричиняє кінцевий опір, тому для практичного використання надпровідників типу II потрібне створення спеціальних піннінгових механізмів, що перешкоджають руху вихорів.

Однією з нових властивостей надпровідності типу III є те, що за високих магнітних полів, що перевищують так зване «верхнє критичне поле», ця надпровідність руйнується під час розростання вихорів, але не під час руйнування надпровідних куперівських пар.

Це відкриває можливість для руху вихорів без розсіювання енергії. У звичайних надпровідниках рух вихорів зі звичайними осердями призводить до втрат енергії, що має на увазі необхідність введення спеціальних механізмів піннінгу вихорів для забезпечення практичного використання надпровідності. Надпровідність типу III забезпечує рух без розсіювання енергії для більш ефективної роботи надпровідників і магнітів.

«Унікальна поведінка вихорів і здатність реалізувати надпровідність у будь-якому вимірі в матеріалах типу III призводять до значних наслідків для практичного використання надпровідності, - каже головний науковий співробітник Terra Quantum Валерій Винокур. За його словами, надпровідники типу III не мають звичайних сердечників і рухаються, не створюючи жодного опору. Це означає, що надпровідники типу III зберігають свої надпровідні властивості навіть у прикладених магнітних полях, і нема потреби створювати спеціальний механізм піннінгу для вихорів, що є хорошою практичною проблемою для звичайних надпровідників типу II. Це дасть змогу створювати надпровідні кубіти, що працюють без втрат енергії.

Нові явища, зокрема створення електричних кулонівських полів під час руху нових вихорів, вимагають ретельного подальшого вивчення.

«У міру розроблення корисних додатків для квантових обчислень ми з нетерпінням чекаємо, як наша робота в галузі надпровідних технологій поліпшить квантові технології та всю електронну промисловість загалом», - сказав Маркус Пфліч (Markus Pflitsch), генеральний директор Terra Quantum.

Дослідження «Топологічна калібрувальна теорія вихорів у надпровідниках III типу» було опубліковано в журналі Physical Review B і являє собою нову теорію, що описує надпровідники. Співавторами роботи виступили головний науковий співробітник Terra Quantum Валерій Винокур, Крістіна Діамантіні з Університету Перульї (Італія) і Карло Тругенбергер зі SwissScientific.