Когда речь заходит об области квантовых вычислений, квантовых коммуникаций и о реализации квантовых битов, кубитов, в мыслях сразу возникают невероятно сложные устройства, изготовленные из экзотических материалов, к примеру, из кристаллов алмаза с искусственно введенной примесью атомов азота. Конечно, такие экзотические и дорогостоящие материалы достаточно часто используются исследователями, но есть ли в этом такая необходимость? Оказывается, что нет.

Это выяснила группа исследователей из университета Британской Колумбии, Австралия, и лондонского Центра Нанотехнологий, которые обнаружили, что один широко распространенный материал, килограмм которого стоит всего 5 долларов, обладает всеми необходимыми свойствами для его эффективного использования в области квантовых вычислений. Этот материал, фталоцианин меди (CuPc), структура молекулы которого подобна молекуле хлорофилла, является дешевым органическим полупроводником и широко используется в качестве красителя синего цвета во множестве различных бытовых продуктов. Помимо этого, из этого материала без особых трудностей могут быть сделаны очень тонкие пленки и другие детали квантовых устройств.

Ученые, произведя исследования свойств CuPc, обнаружили, что электроны, содержащиеся в молекулах этого вещества, могут находится в состоянии суперпозиции, в особом квантовом состоянии, в котором этот электрон находится одновременно в двух состояниях. Кроме этого, электроны CuPc могут находиться в состоянии квантовой суперпозиции достаточно долгое время, что позволит использовать молекулы CuPc в качестве кубитов квантовых компьютеров и коммуникационных устройств.

Следует напомнить нашим читателям, что область квантовых вычислений основана на использовании квантовых битов, в роли которых могут выступать как отдельно взятые элементарные частицы, целые атомы и даже крошечные макрочастицы вещества, состоящие из большого количества атомов. В отличие от традиционных битов, которые могут находиться только в двух состояниях, в состоянии логических 1 и 0, квантовые биты могут находиться в третьем состоянии, в состоянии суперпозиции, когда их значение равно одновременно и 1 и 0.

Квантовый бит, помимо его способности находиться в трех квантовых состояниях, обладает еще одной характеристикой - временем распада квантового состояния. Этот показатель определяет время, в течение которого кубит может устойчиво сохранять квантовое состояние, в которое он был переведен с помощью какого-либо внешнего воздействия. Эта характеристика определяет как долго квантовый бит может использоваться для хранения и обработки квантовой информации, и именно эта характеристика определяет полезность или бесполезность данного вида реализации квантового бита для технологий квантовых вычислений.

Помимо чрезвычайно длительного времени распада квантового состояния, фталоцианин меди демонстрирует еще ряд некоторых других свойствам, позволяющих использовать в качестве носителей информации вращение электронов в его молекуле, а не их электрический заряд. Такие свойства могут быть полезны не только в области квантовых технологий, но и в относительно молодой области - в спинтронике, в области, где передача, хранение и обработка информации осуществляется за счет использования спинов (моментов вращения) электронов или других частиц. Кроме этого, CuPc достаточно эффективно поглощает свет, он легко поддается химическим и физическим превращениям, позволяющим управлять магнитными и электрическими свойствами этого материала.