Skalowalność technologii kwantowej

Skalowalność technologii kwantowej

Interdyscyplinarny zespół naukowców stworzył działający prototyp skalowalnej technologii kwantowej. Naukowcy wykazali, że oddolna synteza chemiczna umożliwia zakodowanie informacji kwantowej bezpośrednio w spinie cząsteczki. Ta nowatorska technika daje możliwość dostosowywania bitów kwantowych z niespotykaną dotąd kontrolą i dokładnością.

Dzięki zdolności do okiełznania mechaniki kwantowej, kubity stają się podstawą nowatorskich technologii potencjalnie zmieniających świat - takich jak nowe typy superkomputerów lub ultraprecyzyjne czujniki.

Kubity, czyli bity kwantowe, są często wykonane z tych samych materiałów półprzewodnikowych, co zwykła elektronika. Przełomem jest natomiast metoda tworzenia kubitów poprzez chemiczną syntezę cząsteczek. Kodują one informacje kwantowe w stan magnetyczny, czyli spin.

To podejście może ostatecznie umożliwić powstanie systemów kwantowych. „Synteza chemiczna umożliwia atomistyczną kontrolę nad strukturą kubitu, a chemia molekularna tworzy nowy paradygmat informatyki kwantowej"- powiedziała Danna Freedman, profesor chemii w Weinberg.

Kubity działają, wykorzystując zjawisko zwane superpozycją. Klasyczne bity, używane przez konwencjonalne komputery mają wartość 1 lub 0, kubit natomiast może mieć jednocześnie wartość 1 i 0.

Celem zespołu było opracowanie metody otrzymywania cząsteczek, których stany spinowe można wykorzystać jako kubity. W tym celu wykorzystali metaloorganiczny chrom, który mogli kontrolować za pomocą promieniowania elektromagnetycznego.

Pobudzając cząsteczki precyzyjnie kontrolowanymi impulsami laserowymi i mierząc emitowane światło, mogli „odczytać" stan spinowy cząsteczek. Korzystając z chemii syntetycznej byli również w stanie zmodyfikować ich właściwości optyczne i magnetyczne.

„W ciągu ostatnich kilku dekad wykazano, że spiny odczytywane optycznie w półprzewodnikach znajdują szerokie zastosowania w czujnikach wspomaganych kwantowo" - powiedział Awschalom. „Przełożenie fizyki tych systemów na architekturę molekularną otwiera ogromny zestaw narzędzi chemii syntetycznej, umożliwiający wprowadzenie nowych, niezbadanych".

Jednym z potencjalnych zastosowań tych cząsteczek mogą być czujniki kwantowe zaprojektowane do namierzania określonych cząsteczek. Takie czujniki mogą znaleźć określone komórki w ciele, wykryć, zepsutą żywność, a nawet niebezpieczne chemikalia.

Opisane podejście mogłoby również pomóc w integracji technologii kwantowych z istniejącymi już, klasycznymi.

„Niektóre z wyzwań stojących przed technologiami kwantowymi mogą zostać przezwyciężone dzięki temu oddolnemu podejściu" - powiedział Sam Bayliss, habilitant z grupy Awschalom i współautor artykułu. „Zastosowanie układów molekularnych w diodach elektroluminescencyjnych było prawdziwym przełomem. Być może, coś podobnego mogłoby się zdarzyć ,w przypadku kubitów molekularnych".

(SW)