Камертон звучит всё тише не потому, что его перестали держать, а потому, что сама рука, ударяющая по нему, создаёт вокруг невидимую взвесь, гасящую колебания. Примерно так ведёт себя сверхпроводящий резонатор — крошечная дорожка, по которой почти без потерь бегает микроволновый сигнал. При сильном охлаждении, когда все «обычные» помехи засыпают, резонатор вдруг начинает терять энергию быстрее, чем обещает теория. Виновниками оказываются незваные гости — квазичастицы, похожие на сгустки энергии, которые рождаются прямо из измерительной волны.
До сих пор инженеры могли лишь гадать, сколько именно таких сгустков появится при данной мощности сигнала. Авторы работы взяли за основу старые уравнения, описывающие «перекличку» квазичастиц и тепловых колебаний решётки, и добавили в них новый член — рождение помех прямо от мощности считывания. Получилась простая формула, которая связывает главный показатель качества — добротность (чем она выше, тем меньше потерь) — с температурой ванны и силой микроволнового «удара». Модель не требует сложных расчётов: зная два числа, можно предсказать, насколько чистым будет сигнал.
Проверка прошла на резонаторах из нитрида ниобия с танталовыми контактами. Их плавно нагревали от глубочайшего холода, одновременно меняя мощность зондирующего сигнала в тысячу раз. Модель легла на экспериментальные точки как влитая: она чётко показала переход от области, где потерями командует температура, к области, где всем заправляет сама измерительная волна. Раньше этот переход описывали лишь качественно — «ну, там мощность мешает».
Теперь у разработчиков квантовых датчиков и процессоров есть не просто предчувствие, а рабочий инструмент. Можно заранее рассчитать, при какой мощности считывания резонатор начнёт «задыхаться», и выбрать режим, где он поёт почти без потерь. Камертон наконец настроен — и рука, ударяющая по нему, больше не глушит звук.
Квазичастица — не настоящая частица вроде электрона, а коллективное движение множества электронов, которое ведёт себя как одна частица. В сверхпроводнике такие сгустки энергии могут жить неожиданно долго, мешая работе приборов.