На порозі нової квантової ери:фізики з Національної лабораторії Еймса та Університету штату Айова зробили проривне відкриття, яке обіцяє перевернути наші уявлення про квантовий світ. Вони виявили абсолютно новий тип квантового явища-відлуння Хіггса-в ніобієвих надпровідниках, відкриваючи захоплюючі перспективи для майбутнього квантових технологій.
Що таке надпровідники і чому вони такі важливі?
Уявіть собі електрику, що тече без єдиної перешкоди, без втрат енергії. Це і є надпровідники – матеріали, що володіють дивовижною здатністю проводити електричний струм абсолютно без опору. Вони працюють як ідеально гладкі дороги для електронів, дозволяючи енергії вільно рухатися. Це відкриває колосальні можливості для створення неймовірно ефективних електронних пристроїв, потужних магнітів і абсолютно нових типів обчислювальних машин.
Танець Хіггса: колективні коливання в надпровідниках
Всередині цих надпровідників відбувається щось неймовірне-колективні коливання, схожі на ритмічний танець величезної кількості електронів. Ці коливання вчені назвали модами Хіггса. Вони пов’язані з фундаментальним квантовим явищем – бозоном Хіггса, який відповідає за масу частинок у Всесвіті.Уявіть собі зграю птахів, що летять в строю:кожен рух однієї птиці впливає на рух всієї зграї. Подібним чином, режими Хіггса – це координований рух електронів у надпровіднику.
Ці режими Хіггса виникають, коли матеріал переходить у надпровідний стан. Але спостерігати за ними вкрай складно, оскільки вони існують лише мить, а їх взаємодія з квазічастинками – електроноподібними збудженнями в надпровіднику – створює заплутану картину.Це як намагатися зловити Сонячний зайчик:він виникає і зникає в мить ока.
Ехо Хіггса: новий вимір квантового світу
Використовуючи передові методи терагерцової (ТГц) спектроскопії, вченим вдалося прорватися крізь цей бар’єр і виявити щось справді унікальне – відлуння Хіггса.Це не просто відлуння, це – квантове відлуння,що виникає внаслідок складної взаємодії між модами Хіггса та квазічастинками. На відміну від звичайних відлуння, які ми чуємо в повсякденному житті, відлуння Хіггса має абсолютно унікальні властивості та характеристики.
«Ехо Хіггса може запам’ятовувати і виявляти приховані квантові шляхи в матеріалі,»— пояснює доктор Джиганг Ванг, провідний дослідник Національної лабораторії Еймса.Це ніби матеріал сам розповів нам про свою внутрішню структуру.
Квантова пам’ять і майбутнє технологій
Вчені змогли не тільки спостерігати відлуння Хіггса, але і навчилися керувати ним, використовуючи точно налаштовані імпульси ТГц випромінювання.Це відкриває захоплюючі перспективи для зберігання та обробки квантової інформації:Ехо Хіггса можна використовувати для кодування, зберігання та вилучення квантових даних, вбудованих у надпровідний матеріал.
Це дослідження демонструє можливість контролювати та спостерігати квантову когерентність у надпровідниках,відкриваючи шлях до абсолютно нових методів зберігання та обробки інформації.Уявіть собі квантовий комп’ютер,який використовує Ехо Хіггса для запам’ятовування і обробки величезних обсягів даних, вирішуючи завдання, непосильні для сучасних машин.Це ніби ми навчилися використовувати мову самого Всесвіту.
Погляд у майбутнє: квантові обчислення та зондування
«Розуміння та управління цими унікальними квантовими Ехо-сигналами наближає нас на крок до практичних квантових обчислень та передових технологій квантового зондування,»— упевнений доктор Ван.Це дослідження є важливим кроком до створення квантової революції,яка переверне світ технологій і науки.
Стаття, що описує це відкриття, була опублікована 25 червня в журналі Science Advances.
Чуанкун Хуан та ін., 2025. Відкриття нетрадиційного квантового відлуння за допомогою інтерференції когерентності Хіггса. Наукові досягнення 11 (26); doi: 10.1126/sciadv.ads8740
