Получены новые соединения для создания процессоров квантовых компьютеров

Исследователи из Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН (Черноголовка), Института физики твердого тела РАН (Черноголовка) и Киотского университета (Япония) синтезировали металлорганические комплексы, атомы в которых способны находиться в состоянии неопределенности, называемом квантовой когерентностью.

За основу химики взяли фталоцианины — синтетические органические вещества, которые по структуре напоминают природные пигменты, такие как хлорофилл в растениях и гемоглобин в крови человека. Эти молекулы имеют форму плоского кольца и способны «удерживать» внутри себя атомы металлов, с помощью которых можно тонко «настраивать» электронные и магнитные свойства получаемых комплексов. Фталоцианины широко используются при производстве красителей и в качестве катализаторов, но квантовые свойства комплексов металлов с фталоцианинами оставались не исследованы.

Авторы синтезировали три комплекса металлов — ванадия, меди и олова — с фталоцианином. Эти металлы сильно отличаются друг от друга по электронной структуре, поэтому их сравнение позволило исследователям лучше понять, как настроить свойства комплексов, чтобы использовать их как основу квантовой памяти.

Комплекс с оловом авторы использовали в качестве эталона, поскольку он представляет собой диамагнетик: у олова нет неспаренного электрона, а потому этот атом изначально не создает магнитного поля. У ванадия и меди, напротив, есть по одному неспаренному электрону, спин которого служит той самой «стрелкой компаса», используемой как носитель информации.

Оказалось, что в комплексах с ванадием и медью эти «стрелки компаса» ведут себя как квантовые объекты: они способны одновременно находится в нескольких состояниях — то есть демонстрируют эффект квантовой когерентности.