Uusi alusta räätälöitäville kvanttilaitteille

Tutkijat yhdistävät kemian ja fysiikan työkalut kehittääkseen sääntöjä virittävien molekyylikubittien suunnittelulle.

Argonne National Laboratoryn puitteissa eri yliopistojen tutkijoista koostuva ryhmä osoittaa, kuinka tiettyä kubittien molekyyliperhettä voidaan hienosäätää laajalla spektrillä, kuten kääntämällä herkkää valitsinta laajakaistaradiossa.

"Tämä on uusi alusta kubittien suunnittelulle. Voimme käyttää ennustettavaa, hallittavaa ja viritettävää suunnittelustrategiaamme luodaksemme uuden kvanttijärjestelmän", sanoo MIT:n kemian professori Danna Freedman." Olemme osoittaneet laajan viritettävyyden, jolla nämä suunnitteluperiaatteet toimivat."

Tutkijoiden työ keskittyy tiettyyn molekyyliryhmään: sellaisiin, joiden keskellä on kromiatomi, jota ympäröi neljä hiilivetymolekyyliä muodostaen pyramidimaisen rakenteen.

Yksi molekyylikubitin etu on, että se voidaan pienen 3D-tulostetun vempaimen tavoin suunnitella alhaalta ylöspäin, mikä antaa tutkijalle vapauden virittää kubitti eri toimintoihin.

Tieteilijät suunnittelevat kubitin spinin virittämällä molekyylin elektronista rakennetta. Informaatio saapuu kubittiin fotoneina ja koodataan kubitin spiniin. Spin-koodattu informaatio käännetään sitten uudelleen luettavaksi fotoneiksi.

Erilaiset fotoniaallonpituudet sopivat paremmin erilaisiin sovelluksiin. Yksi aallonpituus voi toimia paremmin biosensori sovelluksissa, toinen kvanttiviestinnässä.

Yksi molekyylisen kubitin avainsäätimestä on ligandin kentänvoimakkuus, keskusmetalliatomin ympäröiviin hiilivetyihin yhdistävien sidosten vahvuus.

"Kun pitää keskeisen metalli-ionin samana, joka tekee kovan työn kvantti-informaation käsittelyssä, mutta virittämällä ympäröivää ympäristöä ligandien avulla, voit leikkiä ominaisuuksilla", sanoo tutkijatohtori Sam Bayliss." Se on erittäin vaikea tehdä muissa järjestelmissä, kuten puolijohdejärjestelmissä, joissa olet kiinnitetty siihen, mitä alkuaineominaisuudet sinulle antavat."

Yhdistämällä kemian ja fysiikan työkalut on mahdollista alkaa ymmärtää suunnittelusääntöjä, jotka ohjaavat tämän kubittiluokan jatkuvaa parantamista".

"Tämä on nyt ponnahduskohta, jonka toivomme avaavan työn paljon laajemmalle joukolle kemistejä, jotka voisivat osallistua melkoisesti kvantti-informaation tieteeseen", toteavat tutkijat Argonnen tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Kemiallista logiikkaa

Kemiallinen muistiyksikkö chitti

Kvanttianturit ohenevat