Как «бабочка» из нанографена изменит мир квантовых вычислений

Ученые из Национального университета Сингапура (NUS) разработали новый концепт дизайна для создания углеродных квантовых материалов следующего поколения, применив уникальную магнитную нанографеновую структуру в форме бабочки. Исследование, опубликованное в журнале Nature Chemistry , представляет собой значительный шаг вперед в разработке технологий квантовых вычислений, что может кардинально изменить процессы обработки информации и хранения данных.

Команда под руководством ассоциированного профессора Лу Цзюна и профессора Ву Цзишана из химического факультета NUS, а также международных коллег, сосредоточилась на создании малых магнитов и квантовых битов – основ для квантовых компьютеров. Нанографен, состоящий из молекул графена, демонстрирует выдающиеся магнитные свойства благодаря поведению специальных электронов в π-орбиталях углеродных атомов.

Исследователи создали структуру, напоминающую четыре округлые треугольника, каждый из которых содержит непарный π-электрон, ответственный за магнитные свойства. Эта уникальная форма достигается благодаря точному дизайну сети π-электронов на наноуровне. Профессор Лу отметил, что создание множественных взаимосвязанных спинов в таких системах является сложной, но важной задачей для построения масштабируемых и сложных квантовых сетей.

Для получения "бабочки" нанографена был спроектирован специальный молекулярный предшественник, который затем использовался в новом типе химической реакции на поверхности в вакууме, позволяющей точно контролировать форму и структуру нанографена на атомном уровне. Используя сканирующий микроскоп с ультрахолодным зондом и наконечником из никелоцена в качестве датчика спина атомного масштаба, команда измерила магнетизм нанографенов в форме бабочки.

Этот прорыв не только решает существующие проблемы, но и открывает новые возможности для точного управления магнитными свойствами на микроскопическом уровне, что обещает значительные достижения в исследованиях квантовых материалов. Профессор Лу подчеркнул, что полученные знания открывают путь к созданию нового поколения органических квантовых материалов с проектируемыми квантовыми спиновыми архитектурами. В дальнейшем ученые планируют измерять динамику спинов и время когерентности на уровне отдельных молекул, а также управлять этими спинами согласованно, что станет значимым шагом к усилению возможностей обработки и хранения информации.