В МФТИ объяснили механизм движения квантовых вихрей на сверхвысоких частотах

Дата публикации: 23-06-2026 10:20:00

Ученые Московского физико-технического института (МФТИ) вывели уравнение, описывающее движение квантовых вихрей...

Основное содержимое страницы с новостью.

В МФТИ объяснили механизм движения квантовых вихрей на сверхвысоких частотах

Ученые Московского физико-технического института (МФТИ) вывели уравнение, описывающее движение квантовых вихрей в сверхпроводниках под действием микроволнового тока с учётом эффекта «запаздывания». Оно позволяет объяснить аномальное поведение вихрей на сверхвысоких частотах и дает инженерам инструмент для точного управления кинетической индуктивностью – ключевым параметром сверхпроводниковых детекторов, резонаторов и кубитов, используемых в квантовых вычислениях. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Physical Review B. Об этом CNews сообщили представители МФТИ.

Квантовые вихри, фото сгенерировано нейросетью

Сверхпроводники – это материалы, которые при охлаждении до низких температур теряют электрическое сопротивление и могут проводить ток без потерь. На этом свойстве работают сверхчувствительные детекторы излучения, сверхпроводниковые резонаторы и кубиты – основные элементы квантовых компьютеров, а также магниты для МРТ и ускорители частиц. Однако при помещении сверхпроводника в магнитное поле внутри него возникают микроскопические магнитные нити – вихри Абрикосова. Под действием электрического тока они начинают двигаться, что приводит к потерям энергии и искажению работы устройства.

Долгое время считалось, что вихри движутся под действием тока как вязкая жидкость – трение гасит их движение, а инерции почти нет. Эта картина хорошо работала для постоянного тока. Однако современные сверхпроводниковые устройства работают на сверхвысоких частотах (микроволнах). И здесь старая теория дала сбой: поведение вихрей стало аномальным, и рассчитать потери энергии или настройку приборов было невозможно.

Чтобы решить эту задачу, физики МФТИ обратились к теории Гинзбурга - Ландау – основному математическому аппарату для описания сверхпроводимости. При этом они учли эффект, которым раньше пренебрегали: перестройка так называемого «потенциала дисбаланса зарядов» – электрической структуры, окружающей движущийся вихрь, – происходит не мгновенно, а с запаздыванием. На сверхвысоких частотах это становится критическим фактором, определяющим движение вихря.

«Мы вывели новое уравнение движения вихря, которое включает это запаздывание в явном виде. В результате удалось не просто подогнать теорию под эксперимент, а математически объяснить, почему на высоких частотах возникает аномальное поведение – в частности, эффект, похожий на “отрицательную эффективную массу” вихря», – сказал один из авторов исследования, директор Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ Василий Столяров.

«Мы не нужны хакерам» и еще 5 иллюзий, которые разрушили на IT IS conf Цифровизация

Новое уравнение показало, что поведение вихрей зависит от того, насколько быстро меняется ток. Если ток меняется очень быстро (на сверхвысоких частотах), вихрь начинает вести себя так, будто его удерживает на месте упругая сила. Он становится менее подвижным, а значит, при движении теряет меньше энергии и меньше мешает работе сверхпроводникового устройства.

Полученное уравнение открывает возможность для точного управления ключевым параметром сверхпроводниковых устройств – кинетической индуктивностью, которая определяет инерционность сверхпроводящего тока. Изменяя магнитное поле, инженеры смогут настраивать резонансную частоту сверхпроводниковых резонаторов, чувствительность детекторов электромагнитного излучения, а также параметры кубитов – базовых элементов квантовых процессоров. До сих пор точный расчёт этих характеристик в присутствии магнитного поля на высоких частотах был затруднён. Предложенная модель впервые позволяет выполнять такие расчёты на строгой теоретической основе, что особенно важно для разработки устройств микроволнового диапазона, работающих на частотах в несколько гигагерц.

Работа поддержана грантом Российского научного фонда № 25-12-00042.

• Подобрать оптимальный тариф на IaaS с GPU-ускорителями на ИТ-маркетплейсе CNewsMarket

Схожие новости

#	Наименование новости	Тональность	Информативность	Дата публикации
1	Теория физиков РФ поможет описать поведение молекул в сильных электрических полях	0	0	16-05-2025
2	Физики нашли «невидимую» для атома тулия длину волны	5	7	22-06-2026
3	Физики нашли способ отделить гравитационные волны от помех оборудования	5	7	22-06-2026
4	Ученые МГУ планируют создать квантовый симулятор для моделирования новых материалов	0	0	05-02-2019
5	Эксперт НИЯУ МИФИ рассказал о развитии и применении квантовых технологий	0	5	28-06-2026
6	Ученые РФ разрабатывают алгоритмы для квантовых систем распознавания лиц на видеозаписях	0	0	13-08-2019
7	Дрожь земли: ученые ВШЭ научились отслеживать опасные подземные вибрации в реальном времени	7	8	23-06-2026
8	Физики создали новую форму квантовой материи в лаборатории	5	7	29-06-2026
9	'Silly sprinklers' put in reverse to further unravel decades-old physics puzzle	2	6	13-07-2026
10	Ученые Сибирского отделения РАН открыли новые свойства графена	0	0	22-07-2019

Классификация: Наука. Схожих патентов: 0. Схожих новостей: 10. Тональность: 5. Информативность: 7. Источник: etrade.cnews.ru.