В лабораторной пробирке были обнаружены молекулы, которые могут стать основой для создания будущих квантовых процессоров. И это не вымысел.
Ученые из России и Японии разработали три новых металлоорганических комплекса на базе фталоцианинов — веществ с плоской кольцевой структурой, известными химикам и технологам благодаря их использованию в красителях и катализаторах. Внутри таких молекулярных «колец» можно помещать атомы различных металлов и изменять их электронные и магнитные характеристики.
Результаты исследования опубликованы в журнале Dalton Transactions. Работа была выполнена с участием Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН, Института физики твердого тела РАН, МГУ и Киотского университета.
В этом исследовании ученые сравнили комплексы ванадия, меди и олова. Это было принципиальным выбором: у ванадия и меди есть неспаренный электрон, что подразумевает наличие собственного спина — своеобразной квантовой «стрелки компаса». У олова такого электрона нет, и его соединение использовали в качестве диамагнитного эталона.
Основной вывод эксперимента: спины в комплексах V и Cu сохраняли квантовую когерентность до 4 микросекунд. Проще говоря, их квантовое состояние не исчезало мгновенно, а оставалось стабильным значительно дольше, чем длился управляющий импульс в эксперименте. Это соотношение имеет ключевое значение для разработки спиновых кубитов — элементов, способных хранить и обрабатывать квантовую информацию.
От красителя к кубиту — один химический поворот
Фталоцианины представляют интерес тем, что напоминают по своей структуре природные пигменты, такие как хлорофилл и гемоглобин. Однако в данном исследовании ученые сделали шаг вперед: с помощью химического восстановления были получены так называемые дважды восстановленные комплексы. Для синтеза применяли цезиевый антраценид в толуоле, после чего изучали полученные кристаллы с помощью рентгеновской дифракции, оптической и электронно-парамагнитной спектроскопии, а также магнитных измерений.
Выяснилось, что соединения ванадия и меди имеют изолированные спиновые системы с квантовыми характеристиками. При этом комплекс Cu продемонстрировал особенно медленную магнитную релаксацию — до 0,1 секунды в определенных условиях. На поведение материалов также заметно влияло то, каким образом был подготовлен образец: одна и та же химическая система могла показывать различные характеристики в зависимости от метода приготовления.
Это имеет большое значение для будущей электроники. В квантовых устройствах недостаточно просто получить необычное состояние вещества — его нужно удерживать достаточно долго для обработки информации. Поэтому ученые намерены модифицировать комплек
Фото: hi-tech.mail.ru