Спиральный спиновый порядок — новый путь стабилизации кубитов

Физики Базельского Университета в журнале Physical Review Letters сообщили о наблюдении ими спиралевидного магнитного порядка электронных и ядерных спинов, спонтанно возникающего в квантовом проводе при температуре 0,1°K. Это находится в соответствии с теоретической моделью, разработанной в Базеле несколько лет тому назад.

Квантовый провод, это одномерная структура, в которой электроны могут двигаться только в одном направлении. При температурах выше 10°K, применявшиеся в эксперименте квантовые провода из полупроводящего арсенида галлия демонстрировали универсальную, квантованную проводимость, указывающую на неупорядоченность спина электронов.

Охладив провода при помощи жидкого гелия до температур ниже 100 милликельвин (0,1°K), ученые зафиксировали скачкообразное уменьшение проводимости в два раза. По их мнению, это может свидетельствовать о коллективной ориентации электронного спина. Такое состояние оставалось неизменным и при дальнейшем охлаждении образца, вплоть до 10 милликельвин.

Исключительность полученных результатов в том, что впервые порядок ядерных спинов был достигнут при столь высокой температуре. В предыдущих работах сообщалось о наблюдении спонтанного упорядочивания ядерных спинов при температурах на пять порядков меньше — ниже 1 микрокельвина.

Причиной того, что это стало возможно, авторы считают механизм обратной связи, возникающей между ядрами галлия и мышьяка и электронами в квантовом проводе. Такая обратная связь усиливает взаимодействие между магнитными моментами, приводя к образованию совместной, электронно-ядерной спиновой намагниченности. Дополнительным фактором, стабилизирующим возникающий порядок, является взаимодействие между самими электронами.

Итоги эксперимента представляют интерес не только для фундаментальных исследований, но и для разработки квантовых компьютеров, базирующихся на электронном спине. Работа базельских физиков предлагает новый путь стабилизации единиц информации (кубитов) в квантовых проводах. Кроме того, впервые, ядерный спин оказалось возможно контролировать электрическими полями. Создавая разность потенциалов электроны можно вытеснять из полупроводника, что нарушает их связь с ядрами, а следовательно, и спиралевидный порядок.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365