Молекулярные спиновые кубиты
Несовершенство неестественных нанометровых объектов, к примеру, квантовых точек, поддерживает грезы об применении эталонных природных объектов, таких как молекулы и атомы
Сравнительно не так давно исследователи из University of Manchester (Англия) [1] обратили внимание на особенные спиновые молекулярные кластеры, которые содержат один ион никеля Ni2+ и семь ионов хрома Cr3+. Главное состояние таких кластеров отвечает пояснице S=1/2 и возможно использовано в качестве спинового кубита. Измерение времени декогерентизации посредством методики электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) дало большое время.
Само по себе это, само собой разумеется, приятно, но было нужно продемонстрировать, что за это время возможно выполнить много квантовых операций, включающих управление состоянием отдельных кубитов, и исполнение операций между двумя кубитами.
Управление состоянием кубитов возможно осуществить посредством ЭПР, т.е. отправляя на совокупность определенные электромагнитные импульсы. Продемонстрировано, что эту процедуру возможно совершить многократно за время декогерентизации. Потом появляется неприятность адресации к отдельным кубитам. Авторы предлагают высаживать молекулы на подложку и потом, по всей видимости, руководить электродами.
Но в молекулярной электронике неприятность электродов столь малых размеров пока не решена. Часто средством адресации к отдельным спиновым кубитам именуют пространственный градиент магнитного поля, что задает у каждого кубита собственную частоту ЭПР. Но требуемый градиент до тех пор пока нереально создать.
Рис. 1. Два спиновых кластера, связанные звеном, содержащим один ион Cu Cu2+ (a) и два иона меди (b)
Для исполнения операций с двумя кубитами нужно обеспечить сотрудничество между ними. Предложено в качестве связи между отдельными кластерами применять особенные молекулы, которые содержат один либо два иона меди Cu2+ (рис. 1). Один ион Cu сам есть спиновым кубитом (рис. 1а). Изменяя его состояние, возможно руководить сотрудничеством между кластерами.
В случае если ионов Cu два, то возможности существенно увеличиваются. Главное состояние связующей молекулы синглетное, полный спин равен нулю. Сотрудничество между кластерами наряду с этим отключено. В случае если возбудить молекулу посредством электромагнитного импульса в возбужденное ферромагнитное состояние со поясницей S=1/2, то в этом случае включается сотрудничество между кластерами.
Это, само собой разумеется, далекие возможности. А до тех пор пока экспериментально выяснена сила сотрудничества между кластерами для разного состояния связующей молекулы. Авторы работы измеряли теплоемкость и продемонстрировали, что она существенно отличается.
В. Вьюрков
- 1. G.A.Timco et al., Nature Nanotech. 4, 173 (2009)