Представьте клапан в трубе, который пропускает воду только в одну сторону. Примерно так работает обычный диод в электронике, направляя ток. Российские физики из МФТИ и Института теоретической физики им. Л.Д. Ландау создали его уникальную сверхпроводящую версию, которая почти не тратит энергию впустую. Но главное — они открыли у этого диода скрытую «суперспособность».
Изначально их микроскопическая система, собранная из двух разных сверхпроводящих элементов, показывала слабые «односторонние» свойства. Всё изменилось, когда ученые попробовали её «раскачать» микроволновым излучением, как будто встряхнули.
В этом динамическом режиме диодный эффект усилился в десятки раз. Проще говоря, в покое система слабо различала направление тока, но под внешним воздействием резко стала его «сортировать» с огромной эффективностью. Это похоже на дверь, которая в спокойном состоянии туго открывается в обе стороны, но при сильном ветру легко распахивается только одну.
Зачем это нужно?
- Для квантовых компьютеров будущего. Кубиты (ячейки квантовой памяти) очень хрупкие. Такие динамические диоды могут стать для них надёжным щитом от помех, повысив стабильность вычислений.
- Для энергоэффективной электроники. Обычная электроника сильно греется, теряя энергию. Сверхпроводящие цепи на основе этого принципа позволят передавать сигналы без потерь, что сэкономит огромное количество энергии в дата-центрах и телекоммуникациях.
- Для сверхчувствительных датчиков. Высокая чувствительность системы к излучению открывает путь к созданию точнейших медицинских сканеров, например, для считывания активности мозга.
«Мы показали, что настоящий потенциал квантовых систем виден не в покое, а в движении, — поясняет аспирант МФТИ Дмитрий Калашников. — Это как обнаружить у машины скрытый гоночный режим, который включается только на треке. Наша работа — шаг к созданию устройств, работающих на максимуме своих возможностей».
Открытие стало возможным благодаря созданию особой гибридной структуры, где соединились два разных сверхпроводящих элемента. Это пример проектирования новых квантовых явлений, которое может привести к прорыву в технологиях.