Российские исследователи совершили открытие в области управления электрическим током, разработав сверхпроводящий диод. Это революционное решение многократно снизит потери энергии в современных электронных устройствах, страдающих от перегрева.
Сверхпроводящий диод: основа новой электроники
Ученые МФТИ и Института теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН разработали сверхпроводящий аналог диода. Ключом к успеху стало изучение поведения квантовой системы под воздействием микроволнового излучения.
Этот диод кардинально уменьшает энергопотери, характерные для традиционной электроники, и открывает путь к созданию сверхбыстрых и энергоэффективных устройств будущего. Изобретение также повысит стабильность квантовых компьютеров.
Диод, как базовый элемент, пропускающий ток в одном направлении, присутствует в любом электронном приборе.
Уникальная гибридная структура
Прорыв стал возможен благодаря созданию особой гибридной структуры, подчеркнул Василий Столяров, директор Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ.
Исследователи собрали микроскопическую квантовую систему (СКВИД), объединив два различных сверхпроводника. Хотя изначально ее свойства были стандартными, воздействие микроволнового излучения привело к удивительному эффекту.
«Соединение двух разных сверхпроводящих элементов породило мощный результат», — пояснил Столяров.
В новом режиме диодный эффект (разная проводимость в противоположных направлениях) усилился в десятки раз. Разработчики сравнивают это с дверью: толкать ее в обе стороны руками можно с равным усилием, но сильный ветер легко распахнет ее только в одну сторону.
Динамика раскрывает потенциал
«Мы продемонстрировали, что истинный потенциал квантовых систем проявляется не в статике, а в динамике. Наша работа — значительный шаг к созданию энергоэффективных квантовых устройств, работающих на пределе своих возможностей», — с оптимизмом отметил первый автор исследования, аспирант МФТИ Дмитрий Калашников.
Схемы на основе этого эффекта смогут передавать и обрабатывать сигналы практически без потерь. Это критически важно для ЦОДов, телеком-оборудования и высокоточных научных приборов.
Стабильность для квантовых вычислений
Квантовые компьютеры крайне чувствительны к внешним помехам: шуму, температурным колебаниям, электромагнитным воздействиям. Малейшее нарушение хрупкого состояния кубита ведет к ошибкам и потере данных.
Сверхпроводящие диоды, работающие в открытом российскими учеными динамическом режиме, станут надежными «щитами» для кубитов. Они защитят их от помех и существенно повысят стабильность квантовых вычислений.
Россия в квантовой гонке
Разработка ученых МФТИ и ИТФ им. Ландау РАН представляет собой важный вклад России в мировую гонку квантовых технологий. Это открытие укрепляет позиции страны на пути создания практичных и мощных квантовых систем.
