Азотная вакансия (круги малого размера) в кристалле алмаза обуславливает его восприимчивость к магнитному полю, позволяющую использовать кристаллы алмаза для использования в МРТ. (Рисунок из Science, 2009; DOI: 10.1126/science.1176496)

Стратегической целью исследователей является разработка квантовых компьютеров, однако работа над проектом уже дала результаты, которые могут быть уже сейчас использованы в медицине. Исследователи обнаружили кандидата в «квантовый бит» («quantum bit»), обладающего высокой восприимчивостью к магнитному полю, который может использоваться в качестве контраста для МРТ-диагностики.

Новая система, образующаяся при внедрении атома азота в кристалл алмаза, представляет интерес не только тем, что способна «чувствовать» изменения напряженности магнитного поля на атомарном уровне, но и тем, что эти ее свойства проявляются при комнатной температуре. Большую часть других устройств, используемых для создания квантовых компьютеров, необходимо охладить до температуры, близкой к температуре абсолютного нуля, что не позволяет использовать их in vivo. Использование модифицированных азотом алмазов делает возможным повысить «рабочую температуру» приборов.

Иногда в кристаллической решетке алмаза могут проявляться незначительные дефекты, наиболее типичным из которых является «азотная вакансия» («nitrogen vacancy»), которая заключается в том, что два атома углерода замещаются одним атомом азота. Азотные вакансии проявляют флуоресцентные свойства, они отчасти отвечают за блеск алмазов: при освещении алмаза зеленым цветом азот проявляет красную флуоресценцию за счет возбуждающихся электронов азота.

Исследователи смогли использовать изменения флуоресценции для определения спинового состояния электронов в атоме азота. Исследователи также разработали способ обеспечения воспроизводимой передачи этой квантовой информации с электрона атома азота на близлежащие атомы углерода, получив небольшую схему, способную к выполнению простых логических операций.

Источник: Science, 2009; DOI: 10.1126/science.1176496