Одной из основных целей исследований в области квантовых вычислений является создание материалов и устройств, способных сохранять свои квантовые свойства при высоких температурах, в том числе комнатной (которая считается высокой в области квантовых вычислений). Это позволит использовать квантовые компьютеры гораздо шире и практичнее. Исследователи из Техасского университета в Эль-Пасо разработали новый материал, который может помочь в достижении этой цели.
Одной из основных проблем квантовых вычислений является необходимость поддерживать кубиты в стабильном состоянии. В настоящее время для этого требуются крайне низкие температуры, близкие к абсолютному нулю (-273 градуса Цельсия). Для поддержания таких низких температур требуются очень громоздкие и дорогостоящие установки, включая специализированные системы охлаждения. Эти ограничения затрудняют масштабирование квантовых компьютеров для более широкого применения.
Однако исследователи разработали новый материал, который может облегчить эти требования. Его уникальность заключается в том, что он может сохранять свои квантовые свойства при комнатной температуре, что в перспективе позволит сохранять стабильность кубитов без необходимости использования экстремально холодных условий. Подробности своей работы физики опубликовали в научном журнале Applied Physics Letters.
Физики из Техасского университета утверждают, что им удалось создать магнитный материал с так называемым "суперпарамагнитным" поведением. Суперпарамагнетизм — это свойство, наблюдаемое только у некоторых материалов. В ферромагнитном материале магнитные моменты выстраиваются в определенном направлении и, таким образом, остаются выровненными даже в отсутствие внешнего магнитного поля. В суперпарамагнитном материале, напротив, магнитные моменты постоянно колеблются под действием теплового возбуждения. В результате он мгновенно теряет свои магнитные свойства, как только на него не действует внешнее магнитное поле.
Основное преимущество такого поведения заключается в том, что им можно управлять, регулируя магнитное поле. Это делает новый материал интересным для приложений, требующих предельной точности, например, для манипулирования кубитами. Таким образом, спин кубитов можно измерять и контролировать с высокой точностью, предлагая потенциально более стабильную и эффективную платформу для квантовых вычислений.
Наиболее интересным является то, что материал способен сохранять свои суперпарамагнитные свойства при комнатной температуре. Таким образом, можно поддерживать стабильность кубитов в экстремально холодных условиях окружающей среды.
Прежде всего, в состав материала входит аминоферроцен — металлоорганическое соединение, содержащее железо. Другой его компонент — оксид графена. Графен представляет собой монослой атомов углерода, расположенных в сотовой структуре. Таким образом, оксид графена — это химически модифицированная форма этого элемента, содержащая кислородные функциональные группы.
Полученный материал является результатом не только смешения этих двух материалов, но и, прежде всего, метода, с помощью которого он был создан. Элементы собирались поэтапно, а не соединялись одновременно. Сборка заключалась в том, что аминоферроцен помещался между двумя листами оксида графена. Этот метод позволил получить материал, который в 100 раз магнитнее чистого железа.