Физики придумали элемент памяти для работы при сверхнизких температурах

Международная группа учёных из МФТИ и Стокгольмского университета предложила миниатюрное устройство, способное стать элементом памяти, способным работать при сверхнизких температурах. Открытие может лечь в основу как квантовых вычислительных систем, так и помочь в создании более производительной электроники с минимальным потреблением энергии и даже в условиях сверхпроводимости.

Учёные проводили эксперименты с так называемым джозефсоновским переходом (контактом). Джозефсоновский переход представляет собой два сверхпроводника, разделённых тонким диэлектриком. По строению это как конденсатор с двумя обкладками, разделёнными диэлектриком, только в случае джозефсоновского перехода при пропускании тока через обкладки, через диэлектрик начинает течь сверхпроводящий ток.

Величину сверхпроводящего тока устанавливает разность фаз между волновыми функциями электронов с обеих сторон барьера (диэлектрика). Примечательно, что электроны с каждой стороны барьера действуют как единое целое с точки зрения этой характеристики, а разница фаз между ними возникает в результате туннельного обмена через диэлектрик. И именно возможность управляемого изменения разности фаз, что в серии экспериментов показали физики, позволяет задавать настройки сверхпроводящим переходам. В одних условиях ток течёт достаточно сильно и его можно считать «1», в других условиях он мал и состояние элемента можно считать «0».

Более того, учёные смогли дистанционно управлять сверхпроводящим элементом без каких либо проводов, что особенно важно для сверхчувствительных квантовых систем. Сделано это оригинальным образом через систему искусственно выстроенных ловушек в кристалле. Как известно, магнитное поле не может проникнуть в сверхпроводник. Физики обошлись тем, что инициировали на кристалле так называемые вихри Абрикосова. Эти вихри интересны тем, что они представляют собой вихреобразную циркуляцию сверхпроводящего тока вокруг нормального ядра. При определенных условиях в области абрикосовского вихря магнитное поле может проникать в сверхпроводник отдельными квантами, в целом не нарушая сверхпроводимости.

Управляя этими вихрями — заставляя с помощью импульсов перескакивать их из одной ловушки в другую — учёные доказали, что могут управлять разностью фаз волновых функций в ближайшем джозефсоновском переходе или, говоря иначе, заставляют сверхпроводящий ток через переходы течь с разной и управляемой интенсивностью.