Исследователи из Великобритании, Швейцарии и Китая сообщили об открытии, которое может иметь важное значение для создания квантовых компьютеров — обнаружении нового топологического сверхпроводника. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Сверхпроводники способны проводить электричество без какого-либо сопротивления при охлаждении ниже определенной температуры. В масштабе обычных объектов сверхпроводники проявляют квантовые свойства, что делает их весьма перспективными материалами для создания квантовых компьютеров, использующих принципы квантовой физики для хранения данных и выполнения вычислительных операций.

По мнению ученых, такие машины по мощности смогут значительно превосходить лучшие современные суперкомпьютеры, поэтому ведущие технологические компании, такие как Google, IBM и Microsoft, заинтересованы в скорейшей разработке промышленных квантовых компьютеров с использованием сверхпроводников.

Однако элементарные блоки квантовых компьютеров — кубиты — чрезвычайно чувствительны к внешним воздействиям и теряют свои свойства из-за электромагнитных полей, тепла и столкновений с молекулами воздуха. Физики считают, что эту проблему можно решить путем создания более устойчивых кубитов с использованием специального класса топологических проводников, обеспечивающих защищенные состояния. Благодаря особой структуре на границах или поверхностях таких материалов возникает проводящее состояние с жесткой зависимостью направления движения электрона от направления его спина.

Первые материалы с такими свойствами были получены несколько лет назад. Это были полупроводники типа висмут-селен и висмут-теллур. Но для реализации квантовых устройств нужны топологические материалы со сверхпроводящими свойствами, к тому же реализованными в объеме, а не только на поверхности.

Исследователи из Великобритании, Швейцарии и Китая в результате экспериментов по релаксации спина мюонов и обширного теоретического анализа открыли новый топологический сверхпроводник LaPt3P.

"Обнаружение топологического сверхпроводника LaPt3P имеет огромный потенциал в области квантовых вычислений. Открытие такого редкого и желанного компонента демонстрирует важность исследования мюонов для реальной жизни", — приводятся в пресс-релизе Кентского университета слова одного из авторов исследования доктора Судипа Кумара Гоша (Sudeep Kumar Ghosh).

Чтобы убедиться в том, что свойства нового материала не зависят от особенностей конкретного прибора, в Уорикском университете в Великобритании и в Швейцарской высшей технической школе Цюриха независимо друг от друга изготовили два набора образцов, мюонные эксперименты с которыми провели на установках различного типа: импульсном источнике нейтронов и мюонов в национальной лаборатории Резерфорда — Эплтона в Великобритании и в лаборатории мюонной спиновой спектроскопии в Институте Пауля Шеррера в Швейцарии. Выводы ученых подтвердились.