Cercetătorii demonstrează un qubit molecular stabil pentru viitoarele rețele cuantice
Calculatoarele cuantice folosesc qubiți ca unități de informație. Pentru a le conecta într-o rețea extinsă pe distanțe mari, este nevoie de transmiterea informației cuantice prin lumină. Oamenii de știință dezvoltă metode în acest sens folosind defecte minuscule în cristale de diamant și în alte materiale semiconductoare care pot funcționa ca qubiți. Există însă o problemă majoră: defectele nedorite și sarcinile electrice captate pot provoca fluctuații care modifică frecvența luminii emise de qubiți, îngreunând stabilirea unor conexiuni cuantice fiabile.
Într-un studiu publicat în revista Nature, cercetătorii au demonstrat o abordare promițătoare pentru a ocoli această instabilitate, folosind un sistem molecular proiectat special care conține un qubit stabil.
Construirea unui qubit molecular
Pentru a crea qubiții, o echipă de la startupul german NVision Quantum Technologies a încorporat un compus chimic într-un cristal ales pentru capacitatea sa de a oferi un mediu stabil. Cristalul a fost răcit la 4,5 Kelvin (aproximativ -269°C), iar cu ajutorul luminii laser compusul a fost transformat în molecule numite carbene. Fiecare moleculă de carben conține doi electroni nepereche a căror spin combinat poate fi utilizat pentru stocarea informației cuantice.
Următorul pas a fost verificarea posibilității de a controla și citi starea cuantică a unei molecule individuale. În acest scop, cercetătorii au folosit impulsuri de microunde pentru a manipula spinul electronilor și lumină laser pentru a citi rezultatele. De asemenea, au măsurat cât timp pot moleculele să își mențină stările cuantice și cât de stabile au rămas emisiile lor de lumină în timp.
Un rezultat promițător
Efortul la scară moleculară a dat roade. Oamenii de știință au reușit să controleze și să citească starea de spin a unei molecule individuale și să păstreze proprietățile cuantice delicate ale spinului timp de aproximativ 2,2 milisecunde. La fel de important, frecvențele luminii emise de moleculele individuale au rămas remarcabil de stabile pentru mai mult de o oră.
„Aceste rezultate stabilesc qubiții moleculari ca o platformă viabilă pentru optica cuantică cu emițător unic, păstrând în același timp avantajele designului chimic de jos în sus și ale materialelor procesabile”, au comentat autorii studiului.
Desigur, acest demers este doar începutul. Cercetătorii consideră că abordarea lor ar putea contribui în cele din urmă la dezvoltarea rețelelor cuantice, permițând conectarea informației stocate în molecule individuale la fotoni. Moleculele ar putea fi de asemenea încorporate în pelicule subțiri și integrate cu cipurile fotonice existente.
„Deși accentul acestei lucrări a fost demonstrarea unui qubit molecular adresabil individual, considerăm că merită plasarea proprietăților sale în contextul mai amplu al cerințelor pentru un nod de rețea cuantică”, au adăugat autorii.
Este un pas mic la scara moleculară, dar potențial unul mare pentru viitorul calculului cuantic.
