Згідно із запропонованою у 1958 році американським фізиком Полом Вільямом Андерсоном теорією, в сильно невпорядкованих квантових системах може виникати локалізація безлічі тіл (MBL), наприклад, угруповання електронів або атомів, головна властивість яких – це нерозповсюдження енергії зовні.
Цікаво Грайте з комфортом: ґеймерські аксесуари для тих, хто прагне перемоги
Такі групи і матерія в цілому перестають підкорятися законам термодинаміки, згідно з яким матерія повинна прийти в теплову рівновагу з навколишнім середовищем. Інакше кажучи, локальні групи не взаємодіють ні з чим і залишаються в нерівноважному стані умовно нескінченно. Це ідеальне рішення для кубітів, але з фізичним підтвердженням таких явищ були проблеми.
Яке рішення запропонували фізики
Оскільки теплова енергія, як і інші види енергії поширюється хвилями, було запропоновано створити систему пасток для хвиль, не дозволяючи їм поширюватися далі зон локалізації. Такий досвід був проведений для оптичних решіток з системою лазерів, але реалізація явища MBL у твердих тілах залишалася недоведеною. Але тепер все змінилося. Дослідники Массачусетського технологічного інституту виявили ознаки MBL у "твердотільній" системі, що складається з напівпровідників.
- Вчені створили багатошарову структуру з 600 шарів напівпровідників, де кожен шар був завтовшки 3 нм, щоб тепло поширювалося тільки в одній площині і його можна було б легко детектувати.
- У структурі чергувалися шари арсеніду алюмінію і арсеніду галію. Між шарами для створення хаосу – імітації сильно невпорядкованої квантової системи – було розкидано безліч 2-нм наноцяток з арсеніду ербію.
- Для дослідів було створено три структури: без наноцяток, з 8% наноцяток у кожному шарі і з 25% наноцяток у кожному шарі.
Тим самим вчені зробили твердотільну надґратка, між вузлами якої сподівалися отримати ефект "заморожування" теплових хвиль.
Що продемонстрував експеримент
У ході експерименту осередки локалізації безлічі тіл, теплова енергія яких перевищувала теплову енергію навколишнього середовища і не перетікала зовні, шукали за допомогою рентгенівського випромінювання. І такі осередки були виявлені.
У матеріалі дійсно були області, які залишалися в нерівноважному стані і не реагували на температуру зовнішнього середовища. Подальша робота в цьому напрямку може допомогти у створенні квантових обчислювачів з дуже і дуже стійкими кубітами, що зробить квантові комп'ютери простішими і надійнішими.