Квантовый зверинец пополняется: 12 новых квантовых состояний открывают путь к стабильным компьютерам

Физики из Колумбийского университета обнаружили двенадцать новых квантовых состояний материи в скрученном дителлуриде молибдена (MoTe₂). Это открытие, опубликованное в журнале Nature, примечательно тем, что экзотические состояния возникают без внешнего магнитного поля, которое ранее считалось обязательным условием. Прорыв напрямую приближает создание топологических квантовых компьютеров, устойчивых к ошибкам, и меняет представления о возможностях современной физики конденсированного состояния. Исследователи полагают, что среди найденных «обитателей квантового зоопарка» могут быть неабелевы энионы — ключевой элемент для отказоустойчивых вычислений.

Как скручивание заменило магнит

Ключ к открытию — муаровые материалы. Ученые взяли два атомарно тонких слоя MoTe₂ и наложили их друг на друга с небольшим поворотом. Возникший периодический узор (муар) создает внутреннее эффективное магнитное поле. Ранее для получения дробного квантового эффекта Холла требовались сильные внешние магниты, которые разрушали сверхпроводники. Теперь материал «сам себе магнит», что решает главное техническое противоречие на пути к топологическим кубитам.

Лазер, который видит квантовые состояния

Обнаружить сразу дюжину состояний позволила спектроскопия «накачка-зонд». Мощный лазерный импульс временно разрушает квантовую структуру, а второй, слабый, измеряет, как система восстанавливается. Метод настолько чувствителен, что различает состояния, которые ранее сливались в один сигнал. Как отметил руководитель группы Сяоян Чжу, эта техника теперь признана самым точным инструментом для поиска новых квантовых фаз.

В 2023 году команда Сяодуна Сюя впервые наблюдала аномальный дробный эффект Холла в том же материале, но тогда речь шла о двух-трех состояниях. Нынешнее исследование расширяет список до двенадцати, причем каждое из них обладает уникальными свойствами. Ученые подчеркивают, что работа открывает новое «измерение времени» для изучения материи, позволяя наблюдать динамику квантовых переходов.

Главный вопрос теперь — практическое применение. Если среди найденных состояний подтвердятся неабелевы энионы, это станет основой для создания топологического квантового компьютера, который не требует экстремального охлаждения и защиты от помех. Пока же исследователи призывают коллег по всему миру присоединиться к изучению «квантового зоопарка»: «Их так много. Мы надеемся, что наша методика вдохновит других», — заключает Чжу.