Uusia näkymiä molekyylikvanttiteknologioille ja kvanttioperaatioille

Yksittäisten kvanttitilojen kohdennettua ohjausta pidetään keskeisenä vaatimuksena tulevaisuuden kvanttitietokoneille ja muille kvanttiteknologioille.

Karlsruhen teknillisen instituutin (KIT) tutkijat ovat nyt löytäneet uuden tavan ohjata tarkasti yksittäisten pinnalle absorboituneiden magneettisten molekyylien kvanttimekaanista tilaa spiniä sähköjännitteen avulla.

Tulokset avaavat uusia mahdollisuuksia tehokkaiden kvanttitietokoneiden ja sähköisesti ohjattujen kvanttioperaatioiden kehittämiselle.

”Magneettisten molekyylien tulevaa käyttöä varten meidän on kyettävä hallitsemaan niiden kvanttimekaanista tilaa eli spiniä tarkasti ja paikallisesti”, sanoo professori Philip Willke KIT:n fysikaalisesta instituutista (PHI). Tähän mennessä tämä on saavutettu pääasiassa magneettikenttien avulla. Näitä on kuitenkin vaikea rajoittaa yksittäisiin molekyyleihin, ja niitä voidaan kytkeä vain rajoitetulla nopeudella. Sähköjännite puolestaan mahdollistaa spinien nopean ja paikallisen hallinnan spin-sähkökytkennän avulla.

”Tuloksemme osoittavat, että molekyylien spinejä voidaan ohjata tehokkaasti ja paikallisesti sähköisten signaalien avulla. Tämä avaa uusia mahdollisuuksia nopeiden ja kompaktien kvanttikomponenttien kehittämiselle”, Willke sanoi. ”Toisin kuin magneettikentät, sähkökentät voidaan muodostaa tarkemmin avaruudessa, ja sähköisten signaalien vaihtaminen on paljon nopeampaa.”

Tutkimuksiin osallistui tutkijoita Ewha Womans Universitystä Etelä-Koreasta. He kehittivät teoreettiset periaatteet, jotka selittävät havaitsemansa spin-sähkökytkennän taustalla olevaa fysiikkaa.

Sähköisistä ohjausmenetelmistä voi tulevaisuudessa tulla houkutteleva vaihtoehto monimutkaisille magneettisille menetelmille. Pitkällä aikavälillä tämä lähestymistapa voisi antaa uutta pontta tehokkaiden kvanttitietokoneiden ja -sovellusten kehittämiselle kvanttianturiteknologiassa ja spintroniikassa.

Aiheesta aiemmin:

Tutkijat tekevät harppauksen kvanttilaskentaan

Mallinnusta ja johteita molekyylielektroniikkaan