Ромбоэдрический графен открыл путь к отказоустойчивым квантовым компьютерам

Физики обнаружили в ромбоэдрическом графене уникальное сочетание сверхпроводимости и топологических состояний. Эта углеродная структура, напоминающая ступенчатую лестницу, позволяет электронам взаимодействовать в ограниченном пространстве, создавая квантовые эффекты, которые ранее требовали сложнейших инженерных конструкций, и открывает новые перспективы для создания защищенных от помех вычислительных систем.

Ромбоэдрический графен получают из природного графита, где слои атомов углерода уложены особым образом. Электроны в такой системе при низких энергиях концентрируются исключительно на внешней поверхности, оставляя внутреннюю часть материала практически пустой. Это вынуждает частицы взаимодействовать друг с другом, порождая коллективные квантовые состояния, которые невозможно просчитать через поведение отдельных электронов.

Исследователи зафиксировали в материале квантовый аномальный эффект Холла, при котором ток течет вдоль границ без сопротивления. Объединение этого свойства со сверхпроводимостью позволяет надеяться на появление майорановских нулевых мод. Эти экзотические состояния обладают встроенной защитой от декогеренции — основной проблемы, из-за которой современные квантовые компьютеры теряют информацию. В отличие от искусственных систем, где два электронных слоя приходилось создавать принудительно, в ромбоэдрическом графене нужная структура возникает естественным путем.

Доцент Киприан Левандовский сравнил потенциал этого материала с ролью жидкого гелия для физики XX века. Если ученым удастся наладить надежный контроль над обнаруженными состояниями, графен станет базой для принципиально новых датчиков и вычислительных мощностей. Работа, опубликованная в журнале Nature Physics, переводит изучение фундаментальных механизмов вещества на более доступную и воспроизводимую платформу.