Nanomagnety sú v blokáde

Molekuly ako stavebné bloky pre kvantové počítače?

Štruktúra použitej molekuly so spinom štyroch atómov železa. Mikrovlnný impulz spôsobí, že sa otočenie natočí o určité uhly. © 1. Fyzikálny ústav, Univerzita v Stuttgarte
čítať nahlas

Kvantové počítače sa považujú za počítače budúcnosti. Vedci z celého sveta intenzívne pracujú na realizácii takýchto zariadení. Sľubný prístup využíva molekulárne nanomagnety ako najmenšie stavebné bloky. Vedci v Stuttgarte po prvýkrát dokázali dokázať, že molekuly s veľkým spinom - akýsi gyroskop - sú v zlomku sekundy. Táto vlastnosť, známa ako kvantová koherencia, by mohla byť podľa vedcov v časopise Physical Review Letters východiskovým signálom na rýchlu realizáciu kvantového počítača.

Kvantová teória spôsobila revolúciu vo fyzike pred sto rokmi. Teraz sa má dostať do našich počítačov. Jeho možnosti siahajú ďaleko za klasickú fyziku a viedli k vývoju nových výpočtových metód. Pomocou týchto algoritmov je možné riešiť konkrétne problémy, ktoré nie sú s klasickými počítačmi neriešiteľné.

Jednou z najväčších výziev pri vytváraní kvantového počítača je materiál, z ktorého sa vyrábajú bity. Pretože kvantové mechanické stavy, ktoré sa používajú pri výpočtovom procese, musia byť dostatočne stabilné. V opačnom prípade sa informácie stratia pred dokončením výpočtu - ako kúsok papiera vyrobený z kociek ľadu, ktorý sa topí pod vašimi prstami. Takéto stabilné stavy je možné realizovať napríklad pomocou elektrónov, pretože tieto malé častice majú kvantovú mechanickú vlastnosť spinu.

Elektróny interagujú

Skutočný počítač však nemôže pozostávať z jednotlivých elektrónov. Na druhej strane, v skutočných materiáloch sú kvantové vlastnosti veľmi ťažko pozorovateľné.

Materiál, ktorý používajú vedci z Fyzikálneho inštitútu Univerzity v Stuttgarte, je tzv. Molekula s jednou molekulou. U týchto komplexných, ale malých a reprodukovateľných častíc je jedinečná skutočnosť, že každá molekula už má magnetické vlastnosti. Toto prijíma magnetické ióny, ktoré sedí na pevných miestach v molekule. Elektróny jednotlivých iónov interagujú navzájom - výsledkom je stav so stabilnou rotáciou pri nízkych teplotách. zobraziť

Nová molekula so štyrmi použitými iónmi železa

Vedci na svoje experimenty použili novú molekulu so štyrmi iónmi železa. Jeho stabilná rotácia je desaťkrát väčšia ako pri elektróne a môže obsadzovať rôzne stavy s rôznymi energiami. Molekuly boli bombardované extrémne krátkymi mikrovlnnými pulzmi.

Podobne ako puška v horách, existuje aj ozvena, z ktorej môžete vyvodiť záver, ako sa točenie medzitým správalo. Tieto experimenty ukázali, že rotácie v molekulách prebiehajú v blokovacom kroku po zlomky sekundy. Vedci tvrdia, že táto vlastnosť, označovaná ako koherencia, je porovnateľná s chovaním laserového svetla, ktoré mu dodáva osobitné vlastnosti.

Vedci počúvajú ozveny v mikrovlnnej rúre

Okrem toho fyzici uplatňujú aj takzvané Rabiho oscilácie: V skratke sa točenia molekúl súčasne otáčali o určité uhly. Bolo dokonca možné vykonať niekoľko úplných rotácií, čo sa predtým považovalo za nemožné.

Predtým, ako bude možné zostaviť skutočný kvantový počítač s molekulárnymi magnetmi, je potrebné vziať ďalšie káble. Vedci musia najprv usporiadať molekuly na povrch. Potom sa musia individuálne osloviť, naprogramovať a prečítať. V zásade je to možné, ale do dnešného dňa je na zvládnutie mikrovlnných ozvien potrebné veľké množstvo molekúl.

(idw - Univerzita Stuttgart, 13.10.2008 - DLO)