O conceito de "simetria" é essencial para a física fundamental:um elemento crucial em tudo, desde partículas subatômicas até cristais macroscópicos. Assim, a falta de simetria – ou assimetria – pode afetar drasticamente as propriedades de um determinado sistema.
Qubits, o análogo quântico de bits de computador para computadores quânticos, são extremamente sensíveis – a menor perturbação em um sistema qubit é suficiente para que ele perca qualquer informação quântica que possa ter carregado. Dada essa fragilidade, parece intuitivo que os qubits sejam mais estáveis ​​em um ambiente simétrico. No entanto, para um certo tipo de qubit – um qubit molecular – o oposto é verdadeiro.

Pesquisadores da Pritzker School of Molecular Engineering (PME) da Universidade de Chicago, da Universidade de Glasgow e do Massachusetts Institute of Technology descobriram que os qubits moleculares são muito mais estáveis ​​em um ambiente assimétrico, expandindo as possíveis aplicações de tais qubits, especialmente como sensores quânticos biológicos.

O trabalho foi publicado em agosto na Physical Review X .

“Os qubits moleculares são notavelmente versáteis, pois podem ser projetados sob medida e colocados em uma variedade de ambientes diferentes”, disse David Awschalom, professor da família Liew em engenharia e física molecular da UChicago, cientista sênior da Argonne, diretor do Chicago Quantum Exchange e diretor do Q-NEXT, um Centro de Ciência da Informação Quântica do Departamento de Energia. "Desenvolver este método de estabilizá-los abre novas portas para potenciais aplicações desta tecnologia emergente."

Usar um sistema como um qubit requer que ele tenha dois estados quânticos que podem corresponder a "0" e "1", como em um computador clássico. Mas os estados quânticos são frágeis e entrarão em colapso se forem perturbados de alguma forma. Os cientistas quânticos estão forçando os limites de quanto tempo eles podem fazer um qubit manter um estado quântico antes de entrar em colapso, também conhecido como "tempo de coerência".

Proteger os qubits da maior influência externa possível é uma maneira de tentar aumentar seu tempo de coerência e, ao colocar os qubits moleculares em uma matriz de cristal assimétrica, Awschalom e sua equipe descobriram que certos estados quânticos eram muito menos sensíveis a campos magnéticos externos. e, portanto, teve tempos de coerência mais longos:10 µs, comparado a 2 µs para qubits idênticos em uma matriz de cristal simétrica.

Dan Laorenza, um estudante de química do MIT que trabalhou no projeto, diz que o ambiente assimétrico fornece "proteção de coerência" que pode permitir que os qubits mantenham suas informações quânticas mesmo se colocados em locais mais caóticos.

"Agora entendemos um mecanismo direto e confiável para melhorar a coerência de qubits moleculares em ambientes magneticamente ruidosos", disse ele. “Mais importante, esse ambiente assimétrico é facilmente traduzido para muitos outros sistemas moleculares, especialmente para moléculas colocadas em ambientes amorfos como os encontrados na biologia”.

Os sensores quânticos Qubit têm inúmeras aplicações potenciais em sistemas biológicos, especialmente em contextos médicos; mas esses sistemas são conhecidos por serem desestruturados e barulhentos, o que torna a manutenção da coerência desses sensores qubit um desafio muito difícil. Aprender por que um ambiente assimétrico estabiliza qubits moleculares contra campos magnéticos pode levar a melhores sensores nesses campos de pesquisa. + Explorar mais

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