Исследователи из Рочестерского университета (США) совершили прорыв в создании квантовых технологий, обнаружив уникальные оптические свойства в скрученных двумерных материалах. Как следует из исследования, наложив два одноатомных слоя специального материала и скрутив их под большими углами, учёные получили экситоны — искусственные атомы, способные выступать в роли кубитов, базовых единиц квантовых вычислений.

Эксперимент основан на манипуляциях с диселенидом молибдена — двумерным материалом, который, в отличие от графена, менее стабилен, но обладает уникальными свойствами. Скручивая его слои на углы до 40°, физики смогли активировать «тёмные экситоны» — частицы, не взаимодействующие со светом в обычных условиях.

«Если бы у нас был всего один слой материала, то эти экситоны оставались бы “невидимыми” для света. Но благодаря скручиванию мы получаем управляемые искусственные атомы, защищённые от внешних воздействий», — поясняет Никколас Вамивакас, профессор оптической физики и соавтор работы.

Исследование развивает идеи Нобелевской премии 2010 года по физике, присуждённой за открытие графена. Ранее учёные изучали муаровые сверхрешётки — структуры, возникающие при наложении и слабом скручивании (например, на 1,1°) двумерных материалов. Такие конфигурации демонстрировали сверхпроводимость и другие экзотические свойства. Однако команда из Рочестера пошла иным путём: вместо графена и малых углов они использовали диселенид молибдена с аномально большими углами скручивания, что, вопреки ожиданиям, привело к стабильным экситонам с высокой способностью сохранять информацию под воздействием света.

«Это стало неожиданностью. Диселенид молибдена считается менее перспективным для хранения данных по сравнению с аналогами. Теперь мы уверены: если применить наш метод к другим материалам, результаты будут ещё лучше», — отмечает аспирант Арнаб Барман Рэй.

По мнению авторов, открытие станет основой для новых квантовых устройств. «Искусственные атомы могут стать элементами памяти квантовых компьютеров, узлами в квантовых сетях или компонентами оптических резонаторов. В перспективе это приведёт к созданию сверхэффективных лазеров и симуляторов квантовых процессов», — добавляет Вамивакас. Учёные намерены продолжить эксперименты с другими материалами, чтобы приблизить эру практического применения квантовых систем.