Исследователи из Технологического Института Карлсруэ и их французские коллеги сделали очередной важный шаг в направлении создания квантовых компьютеров – используя спиновый каскад в мономолекулярном магните, исследователи продемонстрировали, как электрические поля могут управлять ядерными спинами – такие манипуляции позволяют осуществлять быстрое и специфичное переключение квантовых битов.

Мономолекулярный магнит, контактирующий с электродами. Состояние ядерного спинового состояния (цветные круги) может управляться и считываться с электрических импульсов.

Одной из наиболее амбициозных целей нанотехнологии является создание квантового компьютера. Такое устройство, работающее на принципах квантовой механики, будет решать задачи гораздо более эффективно и быстро, чем компьютер с классической архитектурой. В то время, как обычный компьютер работает с битами, принимающими значение нуля или единицы, вычисления квантового компьютера основываются на манипуляции квантовыми битами или, сокращенно, кубитами, значения которых зависят от спина (собственного момента импульса атомного ядра).

Для интеграции кубитов, основанных на спинах ядер, в электронные схемы и, в особенности – для создания новых процессов переработки информации необходима разработка новых способов манипуляции со спинами ядер.

Исследователи из Карлсруэ, Гренобля и Страсбурга сообщают о первом примере управления спином единичного ядра только за счет электрического воздействия. Руководитель исследования, Марио Рубен (Mario Ruben) отмечает, что использование электричества вместо магнитных полей подготавливает почву для интеграции систем с различными квантовыми состояниями в обычные электронные схемы. В данном конкретном случае квантовыми состояниями можно манипулировать с помощью токов смещения, а в перспективе такие состояния смогут считываться электронными устройствами.

Для экспериментов исследователи использовали ядерный спиново-кубитный транзистор, состоящий из мономолекулярного магнита, подсоединенный с тремя электродами. Мономолекулярный магнит представляет собой молекулу TbPc2, в которой ион металла связан со фталоцианиновым лигандом. Контакт электрического поля и спина осуществляется за счет гиперчувствительного эффекта Штарка, преобразующего электрическое поле в локальное магнитное поле. Этот квантово-механический процесс можно применить и к другим спиновым системам, что открывает новые перспективы интеграции квантовых эффектов, основанных на изменении ядерных спинов, в электронные схемы.