Специалисты из Гарвардского университета, Массачусетского технологического института и Сельскохозяйственного и политехнического университета Техаса (все — США), исследовавшие возможность создания квантового компьютера с помощью алмазов, нашли этим драгоценным камням новое применение в биологии и медицине.

Свойства алмазов, как выяснили ученые, делают их идеальными кандидатами на роль датчиков в устройствах, работа которых основана на явлении ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Периодичность кристаллической решетки алмаза, поясняют авторы, иногда нарушается, причем достаточно часто встречается такой дефект: один атом азота заменяет два атома углерода, оставляя позицию одного из них вакантной. Образованием этих дефектов отчасти объясняется блеск алмазов: при попадании на них зеленого света два неспаренных электрона атома азота переходят в новое энергетическое состояние с испусканием фотонов.

Анализируя незначительные изменения в процессе испускания, можно определить направление спина электрона. В своих опытах ученые продемонстрировали передачу квантовой информации (спинового состояния) от электрона к ядрам близлежащих атомов углерода, построили небольшую цепь, которая выполняла простейшие логические операции, и организовали процесс считывания квантовых данных.

Модель алмаза с размещенными внутри атомом азота и вакансией. При попадании зеленого света на кристалл он светится красным. (Иллюстрация Джейкоба Тейлора.)

Основное достоинство такого подхода заключается в том, что система сохраняет работоспособность при комнатной температуре. Впрочем, построить действующий квантовый компьютер ученые не стремятся; гораздо больше их привлекает создание ЯМР-датчика для изучения микроскопических объектов — отдельных клеток в живом организме или молекул.

Считается, что проводить такие исследования невозможно, поскольку в обоих случаях магнитное поле слишком слабо, — говорит один из участников работы Джейкоб Тейлор (Jacob Taylor). — Однако чувствительность этой технологии очень высока; кроме того, она не представляет опасности для организма и не требует охлаждения до низких температур. Надеюсь, с ее помощью нам удастся заглянуть внутрь клетки и рассмотреть, что происходит в разных ее частях».