Согласно предложенной в 1958 году американским физиком Полом Уильямом Андерсоном теории, в сильно неупорядоченных квантовых системах может возникать локализация множества тел (MBL), например, группировки электронов или атомов, главное свойство которых – это нераспространение энергии вовне.

Интересно Играйте с комфортом: геймерские аксессуары для тех, кто стремится к победе

Такие группы и материя в целом перестают подчиняться законам термодинамики, согласно которым материя должна прийти в тепловое равновесие с окружающей средой. Иначе говоря, локальные группы не взаимодействуют ни с чем и остаются в неравновесном состоянии условно бесконечно. Это идеальное решение для кубитов, но с физическим подтверждением таких явлений были проблемы.

Какое решение предложили физики

Поскольку тепловая энергия, как и другие виды энергии распространяется волнами, было предложено создать систему ловушек для волн, не позволяя им распространяться дальше зон локализации. Такой опыт был проделан для оптических решёток с системой лазеров, но реализация явления MBL в твёрдых телах оставалась недоказанной. Но сегодня всё изменилось. Исследователи Массачусетского технологического института обнаружили признаки MBL в "твердотельной" системе, состоящей из полупроводников.

  • Учёные создали многослойную структуру из 600 слоёв полупроводников, где каждый слой был толщиной 3 нм, чтобы тепло распространялось только в одной плоскости и его можно было бы легко детектировать.
  • В структуре чередовались слои арсенида алюминия и арсенида галлия. Между слоями для создания хаоса – имитации сильно неупорядоченной квантовой системы – было разбросано множество 2-нм наноточек из арсенида эрбия.
  • Для опытов было создано три структуры: без наноточек, с 8 % наноточек в каждом слое и с 25 % наноточек в каждом слое.

Тем самым учёные сделали твердотельную сверхрешётку, между узлами которой надеялись получить эффект "замораживания" тепловых волн.

Что продемонстрировал эксперимент

В ходе эксперимента очаги локализации множества тел, тепловая энергия которых превышала тепловую энергию окружающей среды и не перетекала вовне, искали с помощью рентгеновского излучения. И такие очаги были обнаружены.

В материале действительно были области, которые оставались в неравновесном состоянии и не реагировали на температуру внешней среды. Дальнейшая работа в этом направлении может помочь в создании квантовых вычислителей с очень и очень устойчивыми кубитами, что сделает квантовые компьютеры проще и надёжнее.