Несовершенство искусственных нанометровых объектов, например, квантовых точек, поддерживает мечты об использовании эталонных природных объектов, таких как атомы и молекулы

Недавно исследователи из University of Manchester (Великобритания) [1] обратили внимание на особые спиновые молекулярные кластеры, содержащие один ион никеля Ni²⁺ и семь ионов хрома Cr³⁺. Основное состояние таких кластеров отвечает спину S=1/2 и может быть использовано в качестве спинового кубита. Измерение времени декогерентизации с помощью методики электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) дало весьма большое время. Само по себе это, конечно, приятно, но было необходимо показать, что за это время можно выполнить большое число квантовых операций, включающих управление состоянием отдельных кубитов, а также выполнение операций между двумя кубитами.

Управление состоянием кубитов можно осуществить с помощью ЭПР, т.е. посылая на систему определенные электромагнитные импульсы. Показано, что эту процедуру можно провести многократно за время декогерентизации. Далее возникает проблема адресации к отдельным кубитам. Авторы предлагают высаживать молекулы на подложку и далее, видимо, управлять электродами. Однако в молекулярной электронике проблема электродов столь малых размеров пока не решена. Весьма часто средством адресации к отдельным спиновым кубитам называют пространственный градиент магнитного поля, который задает у каждого кубита свою частоту ЭПР. Однако требуемый градиент пока невозможно создать.

Рис. 1. Два спиновых кластера, связанные звеном, содержащим один ион меди Cu²⁺ (a) и два иона меди (b)

Для выполнения операций с двумя кубитами необходимо обеспечить взаимодействие между ними. Предложено в качестве связи между отдельными кластерами использовать особые молекулы, содержащие один или два иона меди Cu²⁺ (рис. 1). Один ион меди сам является спиновым кубитом (рис. 1а). Изменяя его состояние, можно управлять взаимодействием между кластерами. Если ионов меди два, то возможности значительно расширяются. Основное состояние связующей молекулы синглетное, полный спин равен нулю. Взаимодействие между кластерами при этом выключено. Если возбудить молекулу с помощью электромагнитного импульса в возбужденное ферромагнитное состояние со спином S=1/2, то в этом случае включается взаимодействие между кластерами. Это, конечно, далекие перспективы. А пока экспериментально определена сила взаимодействия между кластерами для различного состояния связующей молекулы. Авторы работы измеряли теплоемкость и показали, что она значительно отличается.

В. Вьюрков

• 1. G.A.Timco et al., Nature Nanotech. 4, 173 (2009)