Kobberforbindelse som lovende kvanteberegningsenhed

Kvantecomputere kunne i høj grad øge IT-systemernes muligheder, medfører store forandringer på verdensplan. Imidlertid, der er stadig lang vej igen, før en sådan enhed rent faktisk kan konstrueres, fordi det endnu ikke har været muligt at overføre eksisterende molekylære koncepter til teknologier på en praktisk måde. Dette har ikke holdt forskere verden over fra at udvikle og optimere nye ideer til individuelle komponenter. Kemikere ved Friedrich Schiller Universitetet i Jena (Tyskland) har nu syntetiseret et molekyle, der kan udføre funktionen som en computerenhed i en kvantecomputer. De rapporterer om deres arbejde i det aktuelle nummer af forskningstidsskriftet Kemisk kommunikation .

"For at kunne bruge et molekyle som en qubit - den grundlæggende informationsenhed i en kvantecomputer - skal det have en tilstrækkelig langvarig spin-tilstand, som kan manipuleres udefra, " forklarer prof. Dr. Winfried Plass fra Jena University. "Det betyder, at tilstanden, der er resultatet af de interagerende spins af molekylets elektroner, det vil sige spin-tilstanden, skal være stabil nok, så man kan indtaste og udlæse information." Molekylet skabt af Plass og hans team opfylder netop denne betingelse.

Dette molekyle er det, der kaldes en koordinationsforbindelse, indeholdende både organiske og metaldele. "Det organiske materiale danner en ramme, hvor metalionerne er placeret på en meget specifik måde, " siger Benjamin Kintzel, som spillede en ledende rolle i fremstillingen af ​​molekylet. "I vores tilfælde, dette er et trinukleart kobberkompleks. Det specielle ved det er, at inden for molekylet, kobberionerne danner en præcis ligesidet trekant." Kun på denne måde kan elektronspindene i de tre kobberkerner interagere så stærkt, at molekylet udvikler en spintilstand, hvilket gør det til en qubit, der kan manipuleres udefra.

"Selvom vi allerede vidste, hvordan vores molekyle skulle se ud i teorien, denne syntese er ikke desto mindre en ret stor udfordring, " siger Kintzel. "Isærligt, at opnå den ligesidede trekantede positionering er vanskelig, da vi skulle krystallisere molekylet for at karakterisere det præcist. Og det er svært at forudsige, hvordan sådan en partikel vil opføre sig i krystallen." med brug af forskellige kemiske værktøjer og finjusteringsprocedurer, det lykkedes forskerne at opnå det ønskede resultat.

Ifølge teoretiske forudsigelser, molekylet skabt i Jena tilbyder en yderligere fundamental fordel sammenlignet med andre qubits. "Den teoretiske konstruktionsplan for vores kobberforbindelse giver, at dens spin-tilstand kan kontrolleres på molekylært niveau ved hjælp af elektriske felter, " bemærker Plass. "Hidtil har magnetiske felter er hovedsageligt blevet brugt, men med disse kan du ikke fokusere på enkelte molekyler." En forskergruppe i Oxford, U.K., som samarbejder med kemikerne fra Jena, udfører i øjeblikket eksperimenter for at studere denne karakteristik af molekylet syntetiseret ved University of Jena.