Производителността на квантовите компютри, сензори и други приложения често зависи от свойствата на електроните, включително техния спин. Една от най-точните системи за високопроизводителни квантови технологии се основава на спиновите свойства на електроните в уловени газови атоми, но такива системи са трудни за мащабиране до големи устройства като квантовите компютри.
Сега екип от изследователи от Университета на Пенсилвания и Университета на Колорадо са демонстрирали как златни клъстери могат да имитират тези газови атоми, което позволява на учените да използват техните спинови свойства в лесно мащабируема система.
"За първи път показахме, че златните наноклъстери имат същите ключови спинови свойства, които се използват в съвременните квантови информационни системи", заявява Кен Кнапенбергер (Ken Knappenberger,), ръководител на катедрата по химия в колежа Ебърли към Университета на Пенсилвания и ръководител на изследователския екип. "Изненадващо, можем да манипулираме и важно свойство – спиновата поляризация – в тези клъстери, което обикновено е фиксирано в материалите. Тези клъстери могат лесно да бъдат синтезирани в големи количества, което ги прави обещаващи за квантови приложения."
Две статии, описващи свойствата на златните клъстери, бяха публикувани в ACS Central Science и The Journal of Physical Chemistry Letters.
"Спинът на електроните влияе не само на химичните реакции, но и на квантовите изчисления и сензори", посочва Нейт Смит (Nate Smith), докторант в катедрата по химия и водещ автор на една от статиите. "Посоката на спина и неговата ориентация спрямо другите електрони пряко влияят на точността и продължителността на квантовите системи."
Точно както Земята се върти около оста си, която е наклонена спрямо Слънцето, така и електронът може да се върти около оста си, която също може да бъде наклонена спрямо ядрото. За разлика от Земята обаче, електронът може да се върти по часовниковата стрелка или обратно на часовниковата стрелка. Когато много електрони в даден материал се въртят в една и съща посока, се казва, че техните спинове са корелирани и материалът има висока степен на спинова поляризация.
"Материалите с висока степен на спинова корелация могат да я запазят много по-дълго, което увеличава прецизността на квантовите системи", добавя Смит.
Съвременните системи използват високоточни уловени йони в газообразно състояние, което позволява на електроните да прескачат във възбудени състояния с висока спинова поляризация. Такива системи обаче са трудни за мащабиране. В ново проучване учените откриват, че златните клъстери могат да имитират тези свойства, като същевременно запазват мащабируемост.
Изследователите също така открива, че спиновата поляризация може да бъде настроена чрез промяна на структурата на лигандите (молекулите, обграждащи златния клъстер). В някои случаи поляризацията достига 40%, което е сравнимо с най-добрите 2D квантови материали.
"Това отваря нови хоризонти за химиците, които могат да проектират материали с регулируеми свойства", отбелязва Кнапенбергер. "Това е нова глава в квантовата информационна наука."
Справка:
- Juniper Foxley, Marcus Tofanelli, Jane A. Knappenberger, Christopher J. Ackerson, Kenneth L. Knappenberger. Diverse Superatomic Magnetic and Spin Properties of Au144(SC8H9)60 Clusters. ACS Central Science, 2025; DOI: 10.1021/acscentsci.5c00139
- Nathanael L. Smith, Patrick J. Herbert, Marcus A. Tofanelli, Jane A. Knappenberger, Christopher J. Ackerson, Kenneth L. Knappenberger. The Influence of Passivating Ligand Identity on Au25(SR)18 Spin-Polarized Emission. The Journal of Physical Chemistry Letters, 2025; 16 (20): 5168 DOI: 10.1021/acs.jpclett.5c00723
Източник: Gold clusters show promise as scalable options for quantum computers, sensors, Penn State
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Прост Човек
Стъклените бутилки съдържат 5 до 50 пъти повече микропластмаси от пластмасовите бутилки
dolivo
Най-старите "човешки" фосили в Япония, се оказаха нечовешки, твърди ново проучване
dolivo
Как „зеленото побутване“ стимулира устойчивите избори на хората
helper68
Натурални суперколайдери: Черните дупки могат да се използват ускорители на частици