Для организации квантовых вычислений со спиновыми кубитами в твердом теле требуются материалы с минимально возможной концентрацией магнитных примесей. Только в этом случае спиновые состояния будут оставаться когерентными в течение времени, достаточного для проведения с ними необходимого количества квантовых операций. Помимо примесей, магнитные моменты (спины) могут быть и у атомных ядер. Например, хотя углеродные соединения на 98.9 % состоят из бесспинового изотопа ¹²С, ядра остальных 1.1 % атомов углерода имеют спин (изотоп ¹³С). По мере развития технологии изготовления искусственных алмазов "спиновая чистота" образцов постоянно улучшалась. Недавно было сообщено о синтезе рекордно чистых алмазных слоев с концентрацией парамагнитных дефектов менее 10¹³ см^-3 и содержанием изотопа ¹³С всего лишь 0.3 %. При комнатной температуре время декогерентизации электронного спина на центре азот-вакансия (NV) составляет 1.8 мс – максимальная величина, наблюдавшаяся до сей поры в твердотельных системах. Поскольку время одной операции со спиновыми кубитами имеет порядок наносекунды, то отношение времени декогерентизации к времени операции порядка 10 ⁶ оказывается достаточно велико для организации полномасштабных квантовых вычислений (а также для использования протоколов коррекции ошибок). При такой величине времени декогерентизации когерентное взаимодействие между кубитами NV-центров имеет место на расстояниях до ~ 100 нм, что допускает индивидуальную адресацию каждого из них оптическими методами.

Помимо квантовых вычислений изотопически чистый алмаз можно использовать для регистрации локальных магнитных полей с субнанометровым разрешением. Для этого на острие сканирующей иглы нужно разместить алмазный нанокристалл с единственным NV-центром. Предварительные эксперименты показали, что чувствительность такого устройства будет на порядок выше, чем у известных аналогов, и тогда мы сможем, в частности, непосредственно изучать атомную структуру отдельных молекул. А работа по дальнейшему совершенствованию технологии синтеза сверхчистого алмаза тем временем не стоит на месте. Совсем недавно тому же коллективу ученых удалось понизить концентрацию изотопов в алмазе до 0.01 %. В таких образцах величина времени декогерентизации превышает 10 мс, то есть потихоньку приближается к верхнему пределу ~ 100 с, обусловленному спин- решеточной релаксацией. Наноуглеродным материалам (графену, нанотрубкам) тоже не помешала бы "изотопическая чистка".

Источник информации - заметка в бюллетене ПерсТ, выпуск 10 за 2009 г.