Вчені виявили, що властивості одного з поширених матеріалів роблять його ідеальним для технологій квантових обчислень
Коли мова заходить про області квантових обчислень, квантових комунікацій та реалізації квантових бітів, кубітів, в думках одразу виникають неймовірно складні пристрої, виготовлені з екзотичних матеріалів, наприклад, з кристалів алмазу з штучно введеної домішкою атомів азоту. Звичайно, такі екзотичні і дорогі матеріали досить часто використовуються дослідниками, але чи є в цьому така необхідність? Виявляється, що ні.
Це з'ясувала група дослідників з університету Британської Колумбії, Австралія, і лондонського Центру Нанотехнологій, які виявили, що один широко поширений матеріал, кілограм якого коштує всього 5 доларів, володіє всіма необхідними властивостями для його ефективного використання в області квантових обчислень. Цей матеріал, фталоціанін міді (CuPc), структура молекули якого подібна молекулі хлорофілу, є дешевим органічним напівпровідником і широко використовується як барвник синього кольору в безлічі різних побутових продуктів. Крім цього, з цього матеріалу без особливих труднощів можуть бути зроблені дуже тонкі плівки та інші деталі квантових пристроїв.
Вчені, провівши дослідження властивостей CuPc, виявили, що електрони, які містяться в молекулах цієї речовини, можуть знаходиться в стані суперпозиції, в окремому квантовому стані, в якому цей електрон перебуває одночасно в двох станах. Крім цього, електрони CuPc можуть перебувати в стані квантової суперпозиції досить довгий час, що дозволить використовувати молекули CuPc в якості кубітів квантових комп'ютерів і комунікаційних пристроїв.
Слід нагадати нашим читачам, що область квантових обчислень заснована на використанні квантових бітів, в ролі яких можуть виступати як окремо взяті елементарні частинки, цілі атоми і навіть крихітні частинки речовини, що складаються з великої кількості атомів. На відміну від традиційних бітів, які можуть знаходитися тільки в двох станах, у стані логічної 1 і 0, квантові біти можуть перебувати у третьому стані, у стані суперпозиції, коли їх значення дорівнює одночасно і 1 і 0.
Квантовий біт, крім його здатності перебувати в трьох квантових станах, володіє ще однією характеристикою - часом розпаду квантового стану. Цей показник визначає час, протягом якого кубіт може стійко зберігати квантовий стан, в яке він був переведений з допомогою якого-небудь зовнішнього впливу. Ця характеристика визначає як довго квантовий біт може використовуватися для зберігання і обробки квантової інформації, і саме ця характеристика визначає корисність чи некорисність даного виду реалізації квантового біта технологій для квантових обчислень.
Крім надзвичайно тривалого часу розпаду квантового стану, фталоціанін міді демонструє ще ряд деяких інших властивостей, що дозволяють використовувати в якості носіїв інформації обертання електронів в його молекулі, а не їх електричний заряд. Такі властивості можуть бути корисні не тільки в області квантових технологій, але й у відносно молодий області - в спінтроніці, в області, де передача, зберігання і обробка інформації здійснюється за рахунок використання спінів (моментів обертання) електронів або інших частинок. Крім цього, CuPc досить ефективно поглинає світло, він легко піддається хімічним і фізичним перетворенням, що дозволяє управляти магнітними і електричними властивостями цього матеріалу.