Учёные из ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН, Института физики твёрдого тела РАН и Киотского университета синтезировали серию координационных соединений, которые могут стать основой для процессоров квантовых компьютеров. Работа поддержана грантом Российского научного фонда.

В полученных комплексах магнитные моменты атомов (спины) способны находиться одновременно в нескольких состояниях — это явление называется квантовой когерентностью. Такая «согласованная неопределённость» сохраняется достаточно долго для передачи информации в квантовых устройствах.

За основу исследователи взяли фталоцианины — синтетические органические молекулы в форме плоского кольца, похожие по структуре на природные пигменты (хлорофилл и гемоглобин). Они способны удерживать внутри себя атомы металлов, что позволяет настраивать электронные и магнитные свойства комплексов.

Учёные синтезировали три комплекса фталоцианина с металлами — ванадием, медью и оловом. Олово использовали в качестве эталона: у него нет неспаренных электронов, поэтому оно не создаёт магнитного поля. В комплексах с ванадием и медью, напротив, есть по одному неспаренному электрону — их спины ведут себя как квантовые объекты и демонстрируют эффект когерентности.

Оба материала сохраняли «неопределённость» до 4 микросекунд — это в сотни раз дольше стандартного управляющего импульса. Такое соотношение позволяет считать новые соединения перспективными кандидатами для создания кубитов — базовых элементов квантовых процессоров.

Как отметил руководитель проекта Максим Фараонов, исследование может стать толчком для создания ультраминиатюрных устройств: сверхплотных носителей информации, элементов квантовой памяти, сенсоров и магнитных меток. Внедрение таких устройств повысит производительность, безопасность и энергоэффективность техники. Учёные планируют модифицировать комплексы, чтобы увеличить время жизни квантовой когерентности — уже сейчас на примере ванадия показано, что оно зависит от способа приготовления образца.