Quantum coherent manipulation and readout of superconducting vortex states

Команда Иоана М. Попа из Технологического института Карлсруэ (Германия) реализовала квантовое когерентное управление и считывание сверхпроводящих вихревых состояний. Результаты этого исследования были опубликованы в журнале Nature 6 мая 2026 года.

Характерной особенностью сверхпроводников является их стремление вытеснять магнитное поле, однако при превышении некоторого критического порога магнитный поток проникает внутрь в виде дискретных квантов, переносимых вихрями Абрикосова. В ядре такого вихря сверхпроводящая щель полностью подавлена, что превращает его в диссипативную полуклассическую сущность, влияющую на применение сверхпроводников — от проводов с высокой плотностью тока до квантовых устройств.

Из-за наличия собственной или возникающей гранулярности в масштабе длины когерентности, неоднородность материала может приводить к вихревому переходу, при котором в ядре сохраняется энергетическая щель. Хотя в таком режиме эффективного туннельного перехода возможно проявление квантового вихревого поведения, и в различных системах наблюдались соответствующие признаки, когерентное управление вихревыми состояниями до сих пор не было достигнуто.

Исследовательская группа предоставила доказательства того, что вихри, захваченные в гранулированной сверхпроводящей плёнке, могут вести себя как двухуровневые системы, демонстрируя квантовую когерентность в микросекундном диапазоне и времена энергетической релаксации, достигающие долей миллисекунды. Используя методы схемной квантовой электродинамики, группа реализовала когерентное управление вихревыми состояниями и их неразрушающее считывание в микроволновом резонаторе на основе гранулированного алюминия, что открывает перспективы для квантовой обработки информации, характеризации материалов и сенсорики.