Ученые России и Японии создали молекулярные комплексы для квантовых процессоров
Комплексы ванадия и меди сохраняют квантовое состояние до 4 микросекунд. Новые соединения могут стать основой кубитов, элементов квантовой памяти и сверхчувствительных сенсоров.
Источник: Источник: Максим Фараонов / ФИЦ ПХФ и МХ РАН. Фото синтезированных кристаллов комплекса меди под микроскопом.
МОСКВА, 18 июля /Новости науки/. Российские и японские ученые синтезировали три молекулярных комплекса с перспективными квантовыми свойствами. Об этом сообщила пресс-служба Российского научного фонда (РНФ).
Два соединения — на основе ванадия и меди — сохраняли квантовую когерентность до 4 микросекунд. Это в сотни раз дольше управляющего импульса, применявшегося в эксперименте, поэтому комплексы можно рассматривать как кандидатов для создания кубитов — базовых элементов квантовых процессоров.
«Исследование может стать толчком для создания ультраминиатюрных устройств — сверхплотных носителей информации, элементов квантовой памяти, светоуправляемых сенсоров, переключателей и магнитных меток», — рассказал руководитель проекта, ведущий научный сотрудник ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН Максим Фараонов.
Основой новых соединений стали фталоцианины — синтетические органические молекулы, по строению напоминающие природные пигменты, в том числе хлорофилл и гем. Они имеют форму плоского кольца, внутри которого можно разместить атом металла и таким образом менять электронные и магнитные свойства всего комплекса.
Исследователи получили соединения фталоцианина с ванадием, медью и оловом. Комплекс с оловом использовали как контрольный образец: в нем нет неспаренного электрона, поэтому атом металла не создает собственного магнитного момента. У ванадия и меди, напротив, имеется по одному неспаренному электрону, спин которого может служить носителем квантовой информации.
Эксперименты показали, что электронные спины в комплексах ванадия и меди способны находиться в согласованной суперпозиции нескольких состояний. Условно их можно представить как мельчайшие стрелки компаса, которые одновременно указывают в разных направлениях. Сохранение такого состояния в течение достаточно продолжительного времени необходимо для выполнения операций с квантовой информацией.
По словам Фараонова, продолжительность квантовой когерентности комплекса ванадия зависит от способа приготовления образца. Теперь ученые намерены модифицировать органическую часть молекул с помощью различных химических заместителей, чтобы увеличить время жизни квантового состояния и точнее управлять электронными свойствами соединений.
В отличие от обычного бита, принимающего значение ноль или единица, кубит может находиться в суперпозиции этих состояний. Это позволяет квантовым устройствам по-новому решать отдельные классы задач, включая моделирование молекул и материалов, обработку больших массивов данных и сложные оптимизационные расчеты.
В исследовании участвовали специалисты ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН, Института физики твердого тела РАН и Киотского университета. Результаты работы опубликованы в журнале *Dalton Transactions*.
Два соединения — на основе ванадия и меди — сохраняли квантовую когерентность до 4 микросекунд. Это в сотни раз дольше управляющего импульса, применявшегося в эксперименте, поэтому комплексы можно рассматривать как кандидатов для создания кубитов — базовых элементов квантовых процессоров.
«Исследование может стать толчком для создания ультраминиатюрных устройств — сверхплотных носителей информации, элементов квантовой памяти, светоуправляемых сенсоров, переключателей и магнитных меток», — рассказал руководитель проекта, ведущий научный сотрудник ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН Максим Фараонов.
Основой новых соединений стали фталоцианины — синтетические органические молекулы, по строению напоминающие природные пигменты, в том числе хлорофилл и гем. Они имеют форму плоского кольца, внутри которого можно разместить атом металла и таким образом менять электронные и магнитные свойства всего комплекса.
Исследователи получили соединения фталоцианина с ванадием, медью и оловом. Комплекс с оловом использовали как контрольный образец: в нем нет неспаренного электрона, поэтому атом металла не создает собственного магнитного момента. У ванадия и меди, напротив, имеется по одному неспаренному электрону, спин которого может служить носителем квантовой информации.
Эксперименты показали, что электронные спины в комплексах ванадия и меди способны находиться в согласованной суперпозиции нескольких состояний. Условно их можно представить как мельчайшие стрелки компаса, которые одновременно указывают в разных направлениях. Сохранение такого состояния в течение достаточно продолжительного времени необходимо для выполнения операций с квантовой информацией.
По словам Фараонова, продолжительность квантовой когерентности комплекса ванадия зависит от способа приготовления образца. Теперь ученые намерены модифицировать органическую часть молекул с помощью различных химических заместителей, чтобы увеличить время жизни квантового состояния и точнее управлять электронными свойствами соединений.
В отличие от обычного бита, принимающего значение ноль или единица, кубит может находиться в суперпозиции этих состояний. Это позволяет квантовым устройствам по-новому решать отдельные классы задач, включая моделирование молекул и материалов, обработку больших массивов данных и сложные оптимизационные расчеты.
В исследовании участвовали специалисты ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН, Института физики твердого тела РАН и Киотского университета. Результаты работы опубликованы в журнале *Dalton Transactions*.
