Квантовые технологии без холодильников: перовскиты решают главную проблему квантовых технологий

31.05.2025 21:48:00 | iXBT.com

Международная команда физиков выяснила, как гибридные перовскиты сохраняют макроскопическую квантовую когерентность при комнатной температуре. Результаты исследования объясняют природу суперфлуоресценции в этих материалах — синхронного излучения света множеством экситонов (электронно-дырочных пар) без криогенных условий. Это открытие предоставило чёткие принципы для разработки материалов, способных поддерживать квантовые состояния в обычных условиях.

Эксперименты показали, что при лазерном возбуждении в перовскитах формируются солитоны — устойчивые волновые структуры, объединяющие поляроны (электроны, связанные с локальными деформациями кристаллической решётки) в упорядоченные группы. Это подавляет тепловые помехи, которые обычно разрушают квантовую когерентность. Учёные зафиксировали переход от беспорядочных поляронных колебаний к когерентному солитонному состоянию с помощью анализа флуктуаций интенсивности излучения и моделирования.

Модель эффективного поля предсказала формирование солитонов при достижении критической плотности поляронов, а расчёты подтвердили устойчивость решётки к тепловым колебаниям.

Источник: Pixabay / CC0 Public Domain

Исследование впервые связало переходный процесс (например, суперфлуоресценцию после лазерного импульса) с равновесными фазовыми переходами, характерными для сверхпроводников.

«Солитон возникает, когда плотность поляронов превышает критический порог, — пояснил Мустафа Тюре, один из соавторов работы. — До этого они ведут себя хаотично, но после — синхронизируются, как птицы в стае». По словам Кенана Гюндогду, руководителя группы, секрет перовскитов — в сочетании критической плотности поляронов и их взаимодействия с решёткой.

Суперфлуоресценция обычно требует температур, близких к абсолютному нулю, из-за разрушительного влияния тепловых колебаний. Перовскиты же, благодаря гибкой решётке, удерживают когерентность в 10–100 раз дольше, чем другие материалы. Это открывает путь к квантовым компьютерам без криогенных установок, энергоэффективным лазерам и светодиодам, а также квантовым сенсорам для медицины.

Следующим шагом станет создание библиотеки перовскитных структур с заданными параметрами. «Теперь у нас есть чёткие критерии: тип решётки, плотность поляронов. Это как чертёж для инженеров квантовой эры», — отметил соавтор работы Франки Со.

Подробнее