Мечта теоретиков и экспериментаторов — квантовый компьютер, возможно, не так уж и далека от воплощения в реальность. Как сообщают исследователи из Университета штата Юта, им удалось создать органический спинтронный ключ – устройство, меняющее свою проводимость в зависимости от того, как происходит взаимодействие магнитного поля с спиновыми магнитными моментами электронов.
Спиновые взимодействия, давно и, в общем-то, хорошо известные, в последнее время все чаще становятся объектом исследований, что объясняется желанием создать в перспективе квантовую вычислительную машину, обладающую такими характерными для суперкомпьютера свойствами, как высокая скорость вычислений и возможность работы, с большими объмемами данных благодаря такому специфическому квантовому свойству, как возможность параллельного хранения и обработки информации. Для удобства, экспериментаторы предпочитают работать с двухуровневыми квантовыми системами: электронами (фермионами, обладающими двумя возможными проекциями спина на ось) и фотонами, обладающими дискретным набором направления поляризации.
Спинтронные ключи, которые являются промежуточным этапом на пути к квантовым вычислениям, обычно состоят из тонкого слоя металла или диэлектрика между двумя электродами из ферромагнитного материала. Поскольку направление магнитного момента электронов электрода может изменяться под воздействием внешнего магнитного поля, проводимость (величина, обратная электрическому сопротивлению) ключа радикально изменяется в зависимости от ориентации спинов. Этот эффект, известный также под названием магниторезистивность, уже используется для создания магниторезистивных ячеек памяти и, как предлагается некоторыми, может быть использован для создания вычислительных элементов будущего.
До сих пор, однако, спиновые эффекты еще не удавалось толком реализовать в полупроводниках. Исследователи из Юты создали спинтронный ключ из тонкого (тощина – 100 нм) слоя органического полупроводника, состоящего из алюминия и гидроксинолина (hydroxyquinoline). Электроды, между которыми располагался органический полупроводник, были изготовлены из кобальта и сплава лантана, стронция и магния.
В эксперименте ученым удалось добиться 40% изменения величины тока, проходящего через ключ, в зависимости от совместного направления векторов намагниченности двух электронов – ток увеличивается в том случае, если анти-параллельные вектора намагниченности становятся параллельными. Поскольку в микроскопическом устройстве такого рода проявляются квантовые спиновые свойства, можно рассчитывать, что при соответствующем уровне масштабирования (то есть, через 15-20 лет), на базе такой ячейки создадут интегральный квантовый чип. Пока, правда, есть одно существенное ограничение – устройство работает лишь при температурах от –260 до —40 градусов по Цельсию, но ученые не теряют надежды.