В 2018 году физик Пабло Хираро-Эрреро возглавил исследовательскую группу MIT, которая экспериментально объединила две ультратонкие слоя графена под магическим углом ровно в 1,1 градуса. Это открытие положило начало новой дисциплине — твистронике, открыв путь к сверхпроводимости и созданию стабильных квантовых кубитов.
Физические свойства графена и открытие twistrónica
Графен обладает удивительными характеристиками, которые еще недавно казались научной фантастикой. Согласно материалам издания Cambiocolombia, этот материал в 200 veces прочнее стали, превосходит медь по тепло- и электропроводности, а также является ультратонким, гибким и почти полностью прозрачным. Хотя существование графена предсказал физик Филип Рассел Уоллес еще в 1947 году, изолировать его удалось только в 2004 году физикам Андрею Гейму и Константину Новоселову из Университета Манчестера. Они использовали обычную клейкую ленту для отслаивания тонких слоев графита, за что получили Нобелевскую премию в 2010 году.
Поворотный момент в технологии наступил благодаря группе исследователей под руководством испанского физика Пабло Хираро-Эрреро из Массачусетского технологического института (MIT). В 2018 году они соединили две углеродные пластины толщиной в один атом каждая, вес которых на один квадратный метр составлял меньше песчинки. Потребовалось около восьми лет работы в лаборатории, чтобы воплотить математическое предсказание физиков-теоретиков Аллана МакДональда и Рафи Бистритцера, сделанное в 2011 году.
Магический угол в 1,1 градуса и рождение твистроники
Теоретики рассчитали, что поворот двух слоев графена ровно на 1,1 градус — так называемый «магический угол» — должен существенно замедлить движение электронов. Когда группа Хираро-Эрреро добилась этой конфигурации в 2018 году и охладила систему почти до абсолютного нуля (чуть выше -273 градусов), ученые обнаружили неожиданный результат. При подаче небольшой электрической нагрузки материал превратился в сверхпроводник, способный проводить ток без малейшего сопротивления.
Этот неожиданный прорыв создал целое направление в физике материалов под названием твистроника (twistrónica). Название отсылает к танцу «твист» из 1960-х годов, когда поколения вращали бедрами, подобно двум слоям графена. Суть революции заключается в том, что свойства материалов теперь можно настраивать с помощью механического воздействия, а не изменения химического состава.
Перспективы применения в квантовых компьютерах
Новая технология открывает практические перспективы для квантовых вычислений. Современные квантовые компьютеры сталкиваются со сложностями при создании и поддержании кубитов, защите от электронного шума и коррекции ошибок, поскольку используют фиксированные сверхпроводники.
Твистроника позволяет изменять или отключать частоту кубита с помощью простого внешнего напряжения. Кроме того, она обеспечивает естественную защиту от шума окружающей среды, повышает стабильность кубитов к сбоям, увеличивает точность логических элементов и снижает потери квантовой информации, как отмечается в материалах издания Cambiocolombia.
Продолжение темы
