В России получили перспективные соединения для квантовых компьютеров
В лабораторной пробирке нашли молекулы, которые могут стать «кирпичиками» будущих квантовых процессоров. И нет, это не фантастика.
Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail
Химики из России и Японии синтезировали три новых металлоорганических комплекса на основе фталоцианинов — веществ с плоской кольцевой структурой, знакомых химикам и технологам по красителям и катализаторам. Внутри таких молекулярных «колец» можно размещать атомы разных металлов и менять их электронные и магнитные свойства.
Исследование опубликовано в журнале Dalton Transactions. Работа выполнена при участии Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН, Института физики твердого тела РАН, МГУ и Киотского университета.
На этот раз ученые сравнили комплексы ванадия, меди и олова. Выбор оказался принципиальным: у ванадия и меди есть неспаренный электрон, а значит, собственный спин — своеобразная квантовая «стрелка компаса». У олова такого электрона нет, поэтому его соединение использовали как диамагнитный эталон.
Главный результат эксперимента: спины в комплексах V и Cu сохраняли квантовую когерентность до 4 микросекунд. Проще говоря, их квантовое состояние не исчезало мгновенно, а удерживалось значительно дольше, чем длился управляющий импульс в эксперименте. Именно это соотношение важно для создания спиновых кубитов — элементов, способных хранить и обрабатывать квантовую информацию.
От красителя к кубиту — один химический поворот
Фталоцианины интересны тем, что напоминают по строению природные пигменты вроде хлорофилла и гемоглобина. Но в новом исследовании ученые пошли дальше: с помощью химического восстановления получили так называемые дважды восстановленные комплексы. Для синтеза использовали цезиевый антраценид в толуоле, а затем изучали полученные кристаллы методами рентгеновской дифракции, оптической и электронно-парамагнитной спектроскопии, а также магнитными измерениями.
Оказалось, что соединения ванадия и меди обладают изолированными спиновыми системами с квантовыми свойствами. При этом комплекс Cu показал особенно медленную магнитную релаксацию — до 0,1 секунды в определенных условиях. На поведение материалов заметно влиял и способ подготовки образца: одна и та же химическая система могла демонстрировать разные характеристики в зависимости от того, как именно ее приготовили.
Это важно для электроники будущего. В квантовых устройствах мало просто получить необычное состояние вещества — его нужно сохранить достаточно долго, чтобы успеть обработать информацию. Поэтому ученые планируют модифицировать комплексы и увеличить время жизни квантовой когерентности, в том числе меняя органическую часть молекул.
Потенциальные области применения — молекулярные кубиты, квантовая память, сверхплотные носители информации, чувствительные светоуправляемые сенсоры, переключатели и магнитные метки. До готового квантового процессора еще далеко, но химики уже нашли несколько перспективных «деталей конструктора».
Уже сейчас на примере комплекса ванадия нам удалось показать, что время жизни состояния квантовой когерентности зависит от того, как был приготовлен образец. Еще один способ повлиять на электронные свойства соединений — это ввести заместители различной природы в органическую часть комплекса.Максим Фараонов ведущий научный сотрудник отдела кинетики и катализа ФИЦ ПХФ и МХ РАН, д. х. н.
Интересный факт: в другой недавней работе по молекулярным кубитам исследователи показали, что замена обычного растворителя на дейтерированный способна увеличить время фазовой памяти ванадиевого комплекса примерно в десять раз — до 52 микросекунд при низкой температуре. Это наглядно показывает, насколько тонко квантовые свойства зависят от окружения молекулы.
Ранее мы сообщили о том, что ученые впервые вычислили на квантовом компьютере параметры термоядерного синтеза.
российские ученыеквантовый компьютерПоделиться
