Fysikere tager et nyt skridt i retning af realisering af qubits til kvantecomputere

En gruppe fysikere i Utrecht, San Sebastián og Pennsylvania har skabt et nyt kunstigt molekyle, der er isolerende indeni, men har elektroniske tilstande lokaliseret i sine hjørner. Disse stater har nul energi, og af denne grund, er modstandsdygtige over for defekter i molekylet og kan bruges som qubits i kvantecomputere. Resultaterne offentliggøres i Naturmaterialer den 23. september.

Professor Cristiane Morais Smith fra Utrecht University forklarer:"Der er nogle store udfordringer i udviklingen af ​​kvantecomputere. Et af hovedproblemerne er kvantedekoherens:Information går tabt i miljøet. Dette gør det vanskeligere at designe elektronik på kvante niveau end på det klassiske niveau. Derfor skabte vi elektroner, der er modstandsdygtige over for kvantedekoherens. "

Oprettelse af kunstige molekyler

Teoretisk fysiker Sander Kempkes siger, "Normale molekyler, der findes i naturen, har ofte interessante egenskaber, men det tager lang tid at finde en, der har præcis de egenskaber, du gerne vil have. Derfor tog vi sagen i egne hænder. "Forskerne skabte kunstige molekyler nedefra og op ved hjælp af kun et scannende tunnelmikroskop, en kobberprøve og en flok kulmonoxidmolekyler, som placeres et nanometer fra hinanden.

Forskerne var i stand til at skabe meget robuste hjørnetilstande, der er beskyttet af molekylets symmetrier. Ligesom du ikke kan slippe af med et hul i en doughnut, medmindre du skærer den, disse hjørnetilstande kan ikke ændres uden at gøre drastisk skade på systemet. På grund af den ekstremt præcise og kontrollerede måde at skabe molekylet på nanometer skalaen, forskerne var i stand til at kontrollere modstandsdygtigheden over for defekter ved disse nultilstande lokaliseret i molekylets hjørner. Selvom disse tilstande endnu ikke er klar til at blive brugt som kvantebits, det er et vigtigt skridt i retning af at skabe dem i kunstige systemer.

Japansk mønster

Forskerne blev inspireret af det såkaldte kagomemønster, et flisemønster, der stammer fra Japan og består af trekanter og sekskanter. Der er nogle rigtige materialer, der har denne særlige form, men ikke ligefrem på den måde, forskerne søgte. Derfor har de teoretiske fysikere designet et nyt kagomemolekyle på computeren, hvorefter eksperimentelle fysikere i laboratoriet til Ingmar Swart og Daniel Vanmaekelbergh eksperimentelt realiserede molekylet. Tidligere har de brugte de samme teknikker til at lave elektroniske gitter, der vedrører supermaterialer og kvantefraktaler.

Muffinsform

Den eksperimentelle fysiker Marlou Slot siger, "Manipulering af et kulilte-molekyle kan betragtes som at glide en dronning på et skakbræt på nanometerskalaen, ved hjælp af en nål i stedet for din finger. "

Hele proceduren er som at skabe en omvendt muffinsform med den ønskede geometri for elektronerne, der flyder rundt. "Muffinsformen" tvinger elektronerne til en bestemt form, selvom bage -analogien ikke skal tages for bogstaveligt, fordi eksperimentet finder sted ved -269 grader Celsius.