Исследователи из ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН, Института физики твёрдого тела РАН и Киотского университета синтезировали металлорганические комплексы на основе фталоцианинов, магнитные моменты атомов которых могут находиться в квантовой когерентности — одновременно в нескольких состояниях. Современные компьютеры достигли предела производительности, а квантовые устройства способны решать задачи в сотни раз быстрее, моделировать сложные молекулы для создания лекарств и просчитывать логистические цепочки. Однако развитие таких систем тормозится из-за нехватки материалов, способных длительно удерживать «двойственное» состояние. Результаты опубликованы в Dalton Transactions при поддержке РНФ.
Авторы синтезировали три комплекса металлов (ванадия, меди и олова) с фталоцианином — синтетическим органическим веществом в форме плоского кольца, которое способно «удерживать» внутри атомы металлов. Фталоцианины широко используются в производстве красителей и в качестве катализаторов, но их квантовые свойства оставались не изучены. Комплекс с оловом использовали как эталон (диамагнетик), а у ванадия и меди есть по одному неспаренному электрону, спин которого служит «стрелкой компаса» — носителем квантовой информации.
Оказалось, что в комплексах с ванадием и медью эти «стрелки компаса» ведут себя как квантовые объекты: они способны одновременно находиться в нескольких состояниях, а разные атомы «чувствуют» друг друга, их состояния взаимозависимы. Оба материала поддерживали квантовую когерентность до 4 микросекунд — в сотни раз дольше стандартного управляющего импульса. Именно это соотношение позволяет считать новые соединения перспективными кандидатами для создания кубитов — базовых элементов квантовых процессоров.
Сравнение трёх металлов с разной электронной структурой помогло исследователям понять, как настраивать свойства комплексов для использования их в качестве основы квантовой памяти. В дальнейшем учёные планируют продолжить поиск соединений с ещё большим временем когерентности и изучить возможность их интеграции в реальные квантовые устройства. Работа открывает путь к созданию новых материалов для процессоров, способных выполнять операции, недоступные традиционным компьютерам.
Фото: комплексы металлофталоцианинов в виде кристаллов в пробирках. Источник: Максим Фараонов / ФИЦ ПХФ и МХ РАН.
