Учёные из России и США установили, что магнитные дефекты играют решающую роль в разрушении квантовых состояний в сверхпроводниковых ячейках квантовой памяти, изготовленных на основе тонких плёнок из нитрида титана.

Как сообщила пресс‑служба НИТУ МИСИС, это открытие позволит подобрать оптимальные методы подавления подобных нарушений и создаст основу для разработки новых квантовых сенсоров.

Главный научный сотрудник НИТУ МИСИС Григорий Гольцман пояснил, что полученные данные наглядно демонстрируют, насколько критичен контроль поверхности ультратонкой сверхпроводящей плёнки.

По его словам, даже ничтожно малое количество магнитных дефектов способно существенно влиять на электронные процессы в тонком слое. Поэтому одним из наиболее перспективных направлений учёный назвал защиту поверхности от окисления и иных изменений, способных порождать магнитный беспорядок.

Тонкие плёнки из нитрида титана считаются одним из самых перспективных материалов для создания сверхпроводниковых квантовых устройств, однако их более широкое применение пока ограничено тем, что даже мельчайшие шероховатости, примеси или дефекты на атомарном уровне разрушают хрупкие квантовые состояния, возникающие в этом материале.

Чтобы разобраться, каким именно образом эти дефекты нарушают квантовые связи между электронами — которые могут использоваться для хранения и обработки квантовой информации, — российские исследователи вырастили большое количество плёнок сверхпроводника разной толщины и структуры и изучили их свойства с помощью электронных микроскопов, рентгеновских спектроскопов и других приборов.

Научный сотрудник НИТУ МИСИС Андрей Ломакин сообщил, что проведённые измерения показали: взаимодействие электронов друг с другом и с различными колебаниями в данном материале играло лишь незначительную роль в нарушении квантовых состояний.

Это позволило сделать вывод, что именно магнитные дефекты, присутствующие на поверхности плёнок из нитрида титана, являются ключевым фактором разрушения квантовых связей — обстоятельство, которое необходимо учитывать при изготовлении квантовых ячеек памяти и сенсоров на базе этого материала.

Заведующий лабораторией фотонных газовых сенсоров НИТУ МИСИС Вадим Ковалюк добавил, что результаты исследования помогут усовершенствовать квантовые сенсоры на основе сверхпроводниковых однофотонных детекторов, в том числе расширить их спектральный диапазон и повысить эффективность в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне.

По его словам, коллектив уже работает в этом направлении совместно с индустриальным партнёром, занимающимся созданием и производством сверхпроводниковых однофотонных детекторов для мирового рынка.