Квантовый конденсат из экситонов: стабильность при −271 °C, управление магнитом и перспективы

Ученые из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли совершили прорыв в квантовой физике, создав стабильный конденсат Бозе — Эйнштейна (БЭК) из экситонов внутри ультратонкого полупроводникового устройства. В отличие от предыдущих аналогов, требующих сверхнизких температур вакуума, этот «квантовый суп» сохраняет стабильность при температуре −271,15 °C и может переключаться между различными состояниями с помощью обычного магнита, пишет Phys.org.

Десятилетиями физики пытались создать макроскопический квантовый конденсат из экситонов — парных связок электронов и «дырок» — положительных зарядов. Главная сложность заключалась в том, что такие пары обычно живут не более миллиардной доли секунды, исчезая прежде, чем успевают образовать единое квантовое состояние. Чтобы обойти это ограничение, исследователи разработали двумерное полупроводниковое устройство, где экситоны находятся в основном, а не возбужденном состоянии. Это позволило частицам достичь теплового равновесия и сформировать стабильную «экситонную жидкость».

Используя метод магнитооптической спектроскопии при температурах, близких к абсолютному нулю, научная группа обнаружила, что конденсат остается стабильным до температуры −271,15 °C. Хотя по земным меркам это все еще экстремальный холод, для квантовых систем это огромный шаг вперед, делающий технологию потенциально более практичной.

«Самое интересное то, что это не просто обычный конденсат. У него есть внутренние структуры, которыми мы можем управлять. Просто применив небольшое магнитное поле, мы можем переключать одну и ту же экситонную жидкость между различными квантовыми состояниями», — отметил соавтор работы Руиши Ци.

Достижение ученых открывает путь к созданию принципиально новых вычислительных устройств. Поскольку экситоны являются нейтральными частицами, они лишены электрического сопротивления, характерного для обычных процессоров. Использование таких экситонных жидкостей обещает создание оптоэлектронных схем нового поколения, которые будут работать быстрее и потреблять меньше энергии, обеспечивая платформу для квантовых симуляций и когерентной оптики.

Тем временем в России научились строить дороги из песка и бактерий. Разработка отечественных специалистов позволяет укреплять грунт бактериями без агрессивной химии. Подробнее о ней рассказали в другом материале Hi-Tech Mail.