Физики создают новый магнитный материал для реализации квантовых вычислений
Квантовое поведение — странная и хрупкая вещь, которая парит на грани реальности, между миром возможностей и Вселенной абсолютов. В этой математической дымке кроется потенциал квантовых вычислений; обещание устройств, которые могли бы быстро решать алгоритмы, для обработки которых классическим компьютерам потребовалось бы слишком много времени.
На данный момент квантовые компьютеры ограничены прохладными комнатами, близкими к абсолютному нулю (-273 градуса по Цельсию), где частиц меньше скорее всего, выйдут из своих критических квантовых состояний.
Преодолев этот температурный барьер разработка материалов, которые по-прежнему проявляют квантовые свойства при комнатной температуре, давно была целью квантовых вычислений. Хотя низкие температуры помогают предотвратить разрушение свойств частиц из-за их полезного тумана возможностей, объем и стоимость оборудования ограничивают их потенциал и возможность масштабирования для общего использования.
В ходе одной из последних попыток группа исследователей из Техасского университета в Эль-Пасо разработала высокомагнитный материал для квантовых вычислений, который сохраняет свой магнетизм при комнатной температуре и не содержит каких-либо востребованных редкоземельных минералов.
«Я действительно сомневался в его магнетизме, но наши результаты явно показывают суперпарамагнитное поведение», — говорит Ахмед Эль-Генди, старший автор и физик Техасского университета в Эль-Пасо.
Суперпарамагнетизм — это контролируемое явление. форма магнетизма, при которой приложение внешнего магнитного поля выравнивает магнитные моменты материала и намагничивает его.
Молекулярные магниты, такие как материал, разработанный Эль-Генди и его коллегами, вернулись на первый план в качестве одного из вариантов. для создания кубитов, основной единицы квантовой информации.
Магниты уже используются в наших современных компьютерах, и они стояли у руля спинтроники, устройств, которые используют направление вращения электрона в дополнение к его электронному заряду. для кодирования данных.
Квантовые компьютеры могут стать следующими: магнитные материалы создадут спиновые кубиты: пары частиц, таких как электроны, чьи направленные спины связаны, хотя и на мгновение, на квантовом уровне.
Осознавая потребность в редкоземельных минералах, используемых в батареях, Эль-Генди и его коллеги вместо этого экспериментировали со смесью материалов, известных как аминоферроцен и графен.
Только когда исследователи синтезировали материал в последовательности Вместо того, чтобы добавлять все составные ингредиенты одновременно, материал проявлял свой магнетизм при комнатной температуре.
Метод последовательного синтеза помещал аминоферроцен между двумя листами оксида графена и давал материал в 100 раз больше магнитен, чем чистое железо. Дальнейшие эксперименты подтвердили, что материал сохраняет свои магнитные свойства при комнатной температуре и выше.
«Эти результаты открывают пути создания молекулярных магнитов дальнего порядка при комнатной температуре и их потенциал для применения в квантовых вычислениях и хранении данных», — сказал Эл- Генди и его коллеги пишут в своей опубликованной статье.
Конечно, потребуются дополнительные испытания этого нового материала, чтобы увидеть, смогут ли результаты быть воспроизведены другими группами. Но прогресс в этой области молекулярных магнитов обнадеживает и предлагает еще один многообещающий вариант создания стабильных кубитов.
В 2019 году Эудженио Коронадо, ученый-материаловед из Университета Валенсии в Испании, написал: «Вехи достигнуты. в разработке молекулярных спиновых кубитов с длительным временем квантовой когерентности и в реализации квантовых операций возросли ожидания в отношении использования молекулярных спиновых кубитов в квантовых вычислениях».
Недавно, в 2021 году, исследователи разработали ультратонкий магнитный материал толщиной всего в один атом. Его магнитную интенсивность можно не только точно настроить для целей квантовых вычислений, но он также работает при комнатной температуре.
Исследование было опубликовано в Applied Physics Letters.
