Ultratunna supraledare, som bara är ett eller några få atomlager tjocka, har länge betraktats som ett av de mest lovande materialen för framtidens kvantteknik. Problemet har varit att de flesta av dessa material snabbt bryts ned när de kommer i kontakt med luft, vilket gör dem svåra att både tillverka och använda utanför laboratoriet.
Nu har forskare från MIT och flera samarbetspartners utvecklat en metod som gör det möjligt att skapa stora, jämna och luftstabila ultratunna supraledare. Genombrottet kan bana väg för mer kompakta och skalbara kvantdatorer samt nya typer av extremt känsliga kvantsensorer.
Ett stort hinder för kvanttekniken
Supraledare leder elektricitet helt utan elektriskt motstånd när de kyls ned till mycket låga temperaturer.
När materialen görs extremt tunna – bara ett fåtal atomer tjocka – får de dessutom nya kvantmekaniska egenskaper som kan utnyttjas i avancerade kvantkretsar.
Men just dessa ultratunna material är också mycket känsliga. Exponering för luft gör att deras yta snabbt oxiderar och förlorar sina supraledande egenskaper, vilket hittills har begränsat både forskning och praktiska tillämpningar.
Skyddas av ett lager grafen
Forskarna löste problemet genom att låta den ultratunna supraledaren bildas under ett atomtunt lager av grafen.
Grafenet fungerar som ett skyddande lock som hindrar syre och andra ämnen i luften från att angripa det känsliga materialet.
Resultatet blev ett stort och jämnt supraledande skikt som kunde hanteras i vanlig luft utan att förlora sina egenskaper – något som tidigare varit mycket svårt att åstadkomma.
Integrerades i en fungerande kvantkrets
För att visa att materialet fungerar i praktiken byggde forskarna in den nya supraledaren i en supraledande mikrovågskrets.
Tester visade att materialet behöll sina supraledande egenskaper och samtidigt uppvisade hög kinetisk induktans – en egenskap som är mycket eftertraktad inom kvantteknik.
Hög kinetisk induktans gör det möjligt att konstruera mindre och mer effektiva komponenter för bland annat kvantdatorer, förstärkare och mikrovågsresonatorer.
Kan minska storleken på kvantdatorer
Dagens supraledande kvantdatorer kräver ett stort antal komponenter och omfattande kylsystem.
Forskarna menar att de nya ultratunna materialen kan bidra till att göra framtida kvantkretsar betydligt mer kompakta. Eftersom komponenterna kan göras mindre blir det möjligt att få plats med fler kvantbitar och fler funktioner på samma chip.
Det är en viktig pusselbit om kvantdatorer ska kunna skalas upp från dagens experimentella system till framtida maskiner med tusentals eller miljontals kvantbitar.
Fler användningsområden än kvantdatorer
Forskarna ser även flera andra möjliga tillämpningar.
Materialet kan användas i:
- supraledande kvantdatorer,
- ultrasensitiva kvantsensorer,
- mikrovågsförstärkare,
- detektorer för astronomi och kosmologi,
- avancerade kommunikationssystem.
Den höga kinetiska induktansen gör materialet särskilt intressant för komponenter där mycket svaga signaler behöver registreras med extrem precision.
Ett steg mot mer tillverkningsbara kvantmaterial
Forskarna betonar att det viktigaste genombrottet inte enbart är själva materialet, utan att de nu har visat en metod för att tillverka luftstabila ultratunna supraledare över stora ytor.
Det gör tekniken betydligt mer kompatibel med framtida industriell produktion än tidigare lösningar, som ofta krävde extremt kontrollerade laboratoriemiljöer.
Om metoden kan anpassas till fler supraledande material kan den bli en viktig byggsten i nästa generation kvantelektronik – där mindre, effektivare och mer tillförlitliga komponenter blir avgörande för att kvanttekniken ska kunna användas i praktiken.
Publikationsuppgifter
Jing Kong, ”Encapsulation epitaxy of air-stable 2D superconductors for quantum circuits”, Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10865-1. www.nature.com/articles/s41586-026-10865-1
