Кубит на основе циркония Кубит — это квантовый аналог бита: он может находиться не только в состоянии 0 или 1, но и в их суперпозиции. В роли кубита подходит неспаренный электрон. У него есть спин, который в магнитном поле ориентируется «вверх» или «вниз» (это и есть 0 и 1), а микроволновые импульсы переключают его между этими состояниями. Главное требование: спин должен долго сохранять суперпозицию (время когерентности), иначе вычисление не успеет завершиться. Чаще всего для таких кубитов берут комплексы редкоземельных металлов, но в Nature Chemistry показали, что подойдёт и более доступный цирконий в степени окисления +3. Проблема в том, что Zr(III) (d¹, один d-электрон) неустойчив: он склонен к димеризации и диспропорционированию. Авторы стабилизировали его тремя объёмными арилоксидными лигандами (рис. 1). Они задают плоскую треугольную геометрию и защищают металл. Комплексы получают восстановлением Zr(IV) графитом калия KC₈, и они устойчивы при комнатной температуре. Именно геометрия определяет свойства. Неспаренный электрон занимает гибридную орбиталь 4dz²–5s, направленную перпендикулярно плоскости лигандов (рис. 2), причём доля s-орбитали составляет 25–27%. У сферической s-орбитали нет орбитального момента, поэтому спин слабее связан с колебаниями решётки и живёт дольше. Кроме того, электрон взаимодействует с ядерным спином ⁹¹Zr (11,2% в природном цирконии). Из-за этого сверхтонкого расщепления каждый электронный уровень делится ещё на шесть, и спектр ЭПР состоит из шести линий вместо одной. Эти шесть ядерных состояний вместе с двумя электронными дают 12 уровней, то есть кудит (аналог кубита с числом состояний больше двух). Результаты (рис. 3): время спин-решёточной релаксации T₁ достигает 58–87 мс при 3–5 К и ещё измеряется при 120 К, а время фазовой памяти T₂ с динамической развязкой (CPMG) составляет 102–123 мкс. Для молекулярных кубитов это хорошие значения, особенно без дейтерирования лигандов. Спином можно и управлять (рис. 4): микроволновые импульсы вызывают осцилляции Раби, а переворот спина занимает всего 21–28 нс, то есть за время T₂ можно выполнить несколько тысяч операций. Пока это демонстрация принципа: чтобы использовать ядерный спин, нужно обогащение изотопом ⁹¹Zr. Но подход показывает, что стабильный и когерентный спин можно получить на доступном металле. Ссылка на статью #хиа_наука 👍👍👍— главные новости из мира химии MAX | ВК | Дзен | Сайт