Retas metalo lydinys gali būti ilgai ieškotas raktas į itin greitus kvantinius kompiuterius, kurie praktiškai nenaudoja energijos.
Mokslininkai galbūt aptiko ilgai ieškotą tripletinį superlaidininką – medžiagą, kuri gali perduoti ir elektrą, ir elektronų sukinį be jokios varžos. Ši savybė galėtų smarkiai stabilizuoti kvantinius kompiuterius ir tuo pačiu sumažinti jų energijos suvartojimą. Ankstyvieji eksperimentai rodo, kad lydinys NbRe elgiasi kitaip nei bet kuris įprastas superlaidininkas. Jei tai pasitvirtins, jis gali tapti naujos kartos kvantinės ir spintroninės technologijos kertiniu akmeniu.
Kvantinių skaičiavimų šventasis gralis
Tyrėjai mano radę reto tripletinio superlaidininko, medžiagos, kuri galėtų siųsti ir elektros, ir sukinio signalus be jokių energijos nuostolių, požymių. Toks proveržis galėtų atverti kelią itin greitiems kvantiniams kompiuteriams, kurie veiktų beveik be energijos. Nuotrauka: „Canva“
Mokslininkai mano, kad vadinamieji tripletiniai superlaidininkai galėtų atverti duris į efektyviausias kada nors sukurtas energiją taupančias technologijas.
„Tripletinis superlaidininkas yra daugelio fizikų, dirbančių kietojo kūno fizikos srityje, norų sąrašo viršuje“, – sakė profesorius Jacobas Linderis.
Linderis yra fizikas Norvegijos mokslo ir technologijų universiteto (NTNU) Fizikos katedroje, kur dirba „QuSpin“ – tyrimų centre, suburiančiame pirmaujančius universiteto tyrėjus.
„Tripletiniai superlaidininkai yra savotiškas „šventasis gralis“ kvantinėse technologijose, o tiksliau – kvantiniuose skaičiavimuose“, – aiškino Linderis.
Viso pasaulio tyrėjai nekantrauja patvirtinti tokių medžiagų egzistavimą. Dabar Linderis ir jo komanda mano, kad jie priartėjo prie sprendimo.
„Manome, kad galbūt pastebėjome tripletinį superlaidininką“, – sakė profesorius Linderis.
Jei šis atradimas bus patvirtintas, jis bus didelis žingsnis į priekį kvantiniame moksle.
Kvantinės technologijos stabilizavimas sukiniu
Linderio tyrimai daugiausia skirti kvantinėms medžiagoms ir jų potencialiam panaudojimui spintronikoje ir pažangiuose kvantiniuose įrenginiuose. Spintronika remiasi sukiniu, pagrindine elektronų savybe, informacijai perduoti ir apdoroti kitaip nei šiandieninėje įprastinėje elektronikoje.
Sukinys taip pat gali atlikti svarbų vaidmenį kvantinėje technologijoje, ypač kai jis naudojamas kartu su superlaidininkais. Tačiau viena didžiausių kliūčių buvo nestabilumas.
„Vienas iš pagrindinių šiandieninių kvantinės technologijos iššūkių yra rasti būdą, kaip atlikti kompiuterines operacijas pakankamai tiksliai“, – aiškino Linderis.
Tripletiniai superlaidininkai galėtų padėti išspręsti šią problemą.
Bendradarbiaudamas su eksperimentiniais bendradarbiais Italijoje, Linderis yra žurnale „Physical Review Letters“ paskelbto tyrimo bendraautoris. Straipsnis buvo pasirinktas kaip viena iš žurnalo redaktoriaus rekomendacijų. „Tripletiniai superlaidininkai leidžia atlikti daugybę neįprastų fizikinių reiškinių. Šie reiškiniai turi svarbių pritaikymų kvantinėse technologijose ir spintronikoje“, – teigė Linderis.
Įprastiniai ir tripletiniai superlaidininkai
Tradiciniai superlaidininkai leidžia tekėti elektrai be išmatuojamo pasipriešinimo. Praktiškai tai reiškia, kad elektros srovė gali judėti neprarasdama energijos šilumos pavidalu. Nors jie yra labai naudingi, įprasti superlaidininkai turi apribojimų.
Įprasti superlaidininkai yra žinomi kaip „singletiniai superlaidininkai“. Paprastai tariant, tai reiškia, kad superlaidžios dalelės neperneša sukinio.
Tripletiniai superlaidininkai skiriasi tuo, kad jų superlaidžios dalelės perneša sukinį.
Tad kodėl tai svarbu?
„Tai, kad tripletiniai superlaidininkai turi sukinį, turi svarbią pasekmę. Dabar galime perduoti ne tik elektros sroves, bet ir sukinio sroves su absoliučia nuline varža“, – aiškino Linderis.
Šis gebėjimas galėtų leisti perduoti informaciją naudojant sukinį be jokių energijos nuostolių. Savo ruožtu itin greiti kompiuteriai galėtų veikti beveik be elektros energijos.
NbRe lydinys rodo daug žadančių ženklų
„Mūsų publikuotame straipsnyje parodome, kad medžiaga NbRe pasižymi savybėmis, atitinkančiomis tripletinį superlaidumą“, – teigė Linderis.
NbRe yra niobio ir renio lydinys, o abu elementai yra reti metalai.
„Dar per anksti galutinai nuspręsti, ar ši medžiaga yra tripletinis superlaidininkas. Be kita ko, šį atradimą turi patvirtinti kitos eksperimentinės grupės. Taip pat būtina atlikti tolesnius tripletinio superlaidumo bandymus“, – aiškino Linderis.
Nepaisant to, rezultatai yra daug žadantys.
„Mūsų eksperimentiniai tyrimai rodo, kad medžiaga elgiasi visiškai kitaip nei įprastas singletinis superlaidininkas“, – pridūrė Linderis.
Superlaidumas esant 7 kelvinams
„Kitas šios medžiagos privalumas yra tas, kad ji superlaidži gana aukštoje temperatūroje“, – sakė Linderis, nors tai, kas šioje srityje laikoma aukšta temperatūra, gali skambėti stebinančiai.
Čia „aukšta temperatūra“ reiškia 7 kelvinus (K), šiek tiek virš absoliutaus nulio, esančio -273,15 laipsnių Celsijaus. Superlaidumo pasaulyje tai yra palyginti šilta. Kitiems potencialiems tripletiniams superlaidininkams reikalinga temperatūra, artima 1 K, todėl 7 K yra daug praktiškesnė ir pasiekiamesnė.
Apibendrinus, NTNU išvadas, galima teigti, kad ilgai ieškotas tripletinis superlaidininkas pagaliau gali būti ranka pasiekiamas.
F. Colangelo, M. Modestino, F. Avitabile, A. Galluzzi, Z. Makhdoumi Kakhaki, Abhishek Kumar, J. Linder, M. Polichetti, C. Attanasio, C. Cirillo. Unveiling Intrinsic Triplet Superconductivity in Noncentrosymmetric NbRe through Inverse Spin-Valve Effects. Physical Review Letters, 2025; 135 (22) DOI: 10.1103/q1nb-cvh6