Кораблик в бутылке ✛
Кораблик в бутылке не качается на волнах: стекло держит его в одной позе. Примерно так же химики поступили с молекулой, которая хранит квантовую информацию. Снаружи её спин раскачивался от каждого столкновения с окружением и терял информацию за несколько микросекунд. Внутри щели между слоями кристалла молекула застряла, колебания затихли, и информация сохранялась в сто раз дольше.
Секрет в том, что кристалл не просто запирает молекулу, а слегка сдавливает её. Молекула похожа на сэндвич: атом кобальта зажат между двумя плоскими кольцами. Сдавливание меняет форму колец, и спину становится трудно перевернуться. Раньше он переворачивался за 5 микросекунд, а в кристалле — за целую миллисекунду. Это как если бы волчок, который раньше останавливался за секунду, теперь крутился бы полторы минуты.
Такой фокус работает потому, что бутылка не просто изолирует кораблик, а становится частью его конструкции. Молекула внутри щели стоит ровно, как солдатик в коробке, и все молекулы выстраиваются в аккуратную решётку. Это позволяет собирать целые флотилии квантовых «корабликов» в одном кристалле. Уже сегодня этот приём можно использовать для создания упорядоченных массивов квантовых ячеек, а в будущем — для сверхчувствительных датчиков магнитного поля.
Кобальтоцен — тот самый «сэндвич» из двух циклопентадиенильных колец и атома кобальта, за открытие структуры которого Эрнст Отто Фишер и Джефри Уилкинсон получили Нобелевскую премию по химии 1973 года. В этой работе он играет роль канарейки в шахте: его спин настолько чувствителен к окружению, что по спектру можно восстановить симметрию клетки, в которую его посадили.
Идея поймать отдельную молекулу в наноразмерную полость и заставить её работать кубитом перекликается с «ловушкой для атомов» из романа Грега Игана «Карантин»: там квантовые состояния изолируют от окружения, чтобы использовать их для вычислений. Правда, у Игана изоляция была почти идеальной, а здесь конфайнмент не изолирует, а перестраивает связи с окружением — и именно это даёт выигрыш.