Учёные разработали способ быстрее оценивать дефекты в алмазах, которые могут использоваться в квантовых компьютерах и сенсорах. Исследователь Марк Мартирез из Принстонской лаборатории физики плазмы Министерства энергетики США предложил рассматривать такие дефекты как отдельные молекулы.
Большинство материалов для квантовых технологий сохраняют устойчивое квантовое состояние только при экстремально низких температурах. Алмазные структуры способны работать при комнатной температуре, однако их свойства зависят от нарушений кристаллической решётки, моделирование которых требует значительных вычислительных ресурсов.
Метод Мартиреза позволяет выделять вокруг дефекта кластер из 16–30 атомов и изучать его отдельно от остального кристалла. Благодаря этому для расчётов можно применять точные химические инструменты, которые ранее использовались главным образом при исследовании простых соединений. «Поскольку мы рассматриваем кубиты как молекулы, стоимость расчёта этих дефектов сопоставима со стоимостью моделирования простой молекулы. Этот метод действительно открыл шлюзы» для оценки кубитов, сказал Мартирез.
Дефектом может быть отсутствие атома углерода, замена углерода другим элементом или сочетание обоих вариантов. Ближайшая к такому нарушению группа атомов образует кубит — базовую единицу обработки информации в квантовых устройствах. С помощью лазеров и микроволновых импульсов исследователи считывают состояние кубитов, а наиболее изученным вариантом остаётся дефект, состоящий из атома азота и соседней вакансии.
Расчёты выявили перспективные дефекты на основе кислорода и бора. Первые могут светиться синим, а вторые — испускать ультрафиолетовое излучение; такие структуры называют цветовыми центрами. «Можно представить себе объединение разных кубитов с разными откликами, чтобы фактически исследовать один кубит, но не другой», — отметил Мартирез.
Результаты показывают, что химический подход способен помочь создавать кубиты под конкретные задачи, подобно разработке молекул для лекарственных препаратов. Исследование опубликовано 27 июля 2026 года в журнале ACS Central Science; о нём сообщает SciTechDaily. По словам Мартиреза, практические квантовые устройства могут повысить точность сенсоров и ускорить решение сложных задач, а системы с несколькими кубитами — улучшить расчёты крупных молекул, биомолекул и белков, что способно повлиять на фармацевтику и материаловедение.