A luz pode ser usada para operar sistemas de processamento de informação quântica, por exemplo. computadores quânticos, com rapidez e eficiência. Pesquisadores do Karlsruhe Institute of Technology (KIT) e Chimie ParisTech / CNRS avançaram significativamente no desenvolvimento de materiais baseados em moléculas adequados para uso como unidades quânticas fundamentais endereçáveis ​​por luz. Conforme relatam no jornal Nature Communications , eles demonstraram pela primeira vez a possibilidade de abordar os níveis de spin nuclear de um complexo molecular de íons de terras raras európio (III) com luz.

Seja no desenvolvimento de drogas, comunicação, ou para previsões climáticas:o processamento de informações com rapidez e eficiência é crucial em muitas áreas. Atualmente é feito em computadores digitais, que funcionam com os chamados bits. O estado de um bit é 0 ou 1 - não há nada no meio. Isso limita severamente o desempenho dos computadores digitais, e está se tornando cada vez mais difícil e demorado lidar com problemas complexos relacionados a tarefas do mundo real. Computadores quânticos, por outro lado, use bits quânticos para processar informações. Um bit quântico (qubit) pode estar em muitos estados diferentes entre 0 e 1 simultaneamente devido a uma propriedade mecânica quântica especial conhecida como superposição quântica. Isso torna possível processar dados em paralelo, o que aumenta o poder de computação dos computadores quânticos exponencialmente em comparação com os computadores digitais.

Os estados de superposição Qubit são necessários para persistir por muito tempo

"Para desenvolver computadores quânticos aplicáveis ​​na prática, os estados de superposição de um qubit devem persistir por um tempo suficientemente longo. Os pesquisadores falam de 'vida de coerência, '"explica o professor Mario Ruben, chefe do grupo de pesquisa de Materiais Moleculares no Instituto de Nanotecnologia do KIT (INT). "Contudo, os estados de superposição de um qubit são frágeis e são perturbados por flutuações no ambiente, o que leva à decoerência, ou seja, encurtamento do tempo de vida de coerência. "Para preservar o estado de superposição por tempo suficiente para operações computacionais, isolar um qubit do ambiente ruidoso é concebível. Os níveis de spin nuclear em moléculas podem ser usados ​​para criar estados de superposição com longos tempos de vida de coerência porque os spins nucleares são fracamente acoplados ao ambiente, protegendo os estados de superposição de um qubit de influências externas perturbadoras.

Moléculas são ideais como sistemas Qubit

Um único qubit, Contudo, não é suficiente para construir um computador quântico. Muitos qubits a serem organizados e tratados são necessários. As moléculas representam sistemas de qubit ideais, pois podem ser organizadas em números suficientemente grandes como unidades escaláveis ​​idênticas e podem ser tratadas com luz para realizar operações de qubit. Além disso, as propriedades físicas das moléculas, como emissão e / ou propriedades magnéticas, podem ser ajustados alterando suas estruturas usando princípios de design químico. Em seu artigo agora publicado na revista Nature Communications , pesquisadores liderados pelo professor Mario Ruben no IQMT do KIT e no Centro Europeu de Ciências Quânticas de Estrasburgo - CESQ e Dr. Philippe Goldner na École nationale supérieure de chimie de Paris (Chimie ParisTech / CNRS) apresentam um európio dimérico contendo spin nuclear (III ) molécula como qubit endereçável à luz.

A molécula, que pertence aos metais de terras raras, é projetado para exibir luminescência, ou seja, uma emissão sensibilizada centrada em európio (III), quando excitado por ligantes absorvedores de luz ultravioleta ao redor do centro. Após a absorção de luz, os ligantes transferem a energia luminosa para o centro de európio (III), assim, excitando-o. O relaxamento do centro excitado para o estado fundamental leva à emissão de luz. Todo o processo é denominado luminescência sensibilizada. A queima de buracos espectrais - experimentos especiais com lasers - detecta a polarização dos níveis de spin nuclear, indicando a geração de uma interface de spin luz-nuclear eficiente. O último permite a geração de qubits hiperfinos endereçáveis ​​por luz com base nos níveis de spin nuclear. "Ao demonstrar pela primeira vez a polarização de spin induzida pela luz na molécula de európio (III), tivemos sucesso em dar um passo promissor para o desenvolvimento de arquiteturas de computação quântica baseadas em moléculas contendo íons de terras raras, "explica o Dr. Philippe Goldner.