14.10.2022 • Quantenphysik

Spektroskopisch erfassbare Quantenbits

Modell eines molekularen Mehr-Qubit-Systems für Quantencomputer.

Moleküle werden für Quanten­computer interessant, wenn sie einzeln ansteuerbare, miteinander wechsel­wirkende Quantenbit-Zentren aufweisen. Das ist der Fall in einem Molekül­modell mit drei unter­schied­lichen Qubit-Zentren, das ein inter­nationales Forschungsteam jetzt vorstellt. Da jedes Zentrum einzeln spektro­skopisch ansteuerbar ist, könnten erstmals bei einem molekularen Mehr-Qubit-System Algorithmen für die Verarbeitung von Quanten­informationen entwickelt werden, so die Wissenschaftler.

Abb.: Das Molekül beher­bergt drei Spin­systeme: einen...
Abb.: Das Molekül beher­bergt drei Spin­systeme: einen Kupfer­ionen­komplex, einen Ring aus sieben Chrom­atomen und einem Nickel­atom sowie eine Stick­stoff­oxid­einheit. (Bild: Wiley-VCH)

Das von Richard Winpenny und Alice Bowen von der University of Manchester geleitete Team hat ein molekulares Modellsystem mit mehreren separaten Qubit-Einheiten geschaffen. „In unserem molekularen System stellen nicht Atome oder Photonen die Basis der Qubit-Zentren dar, sondern ungepaarte Elektronen,“ erklärt Bowen. „Elektronen haben einen Eigen­dreh­impuls, den Spin. Da der Spin zwei über­lagerbare Quanten­zustände einnimmt, eignen sich Moleküle, die mehrere Elektronen­spin­systeme haben können, grund­sätzlich als mögliche Mehr-Qubit-Systeme für Quanten­computer.“

Das von den Forschern analysierte Molekül beherbergt drei solche Spinsysteme: einen Kupfer­ionen­komplex, einen Ring aus sieben Chromatomen und einem Nickelatom sowie eine Stickstoff­oxid­einheit. Für jedes einzelne Qubit-System beobachtete das Team ein charak­te­ris­tisches Resonanz­signal im Elektronen­spin­resonanz­spektrum. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die einzelnen Qubit-Einheiten unabhängig vonein­ander mithilfe der ESR angesteuert und unter­ein­ander geschaltet werden können. Die Ansteuer­bar­keit ist eine unbedingte Voraus­setzung dafür, dass Mehr-Qubit-Systeme in Quanten­computern zum Einsatz kommen können,“ so Bowen.

Im Vergleich zu bisherigen Systemen könnten molekulare Mehr-Qubit-Systeme einige Vorteile bieten. Denn Qubit-Systeme wurden bislang vor allem aus einzelnen Atomen oder Photonen hergestellt. Solche Systeme sind nur bei extrem tiefen Temperaturen stabil. Dagegen lassen sich molekulare Mehr-Qubit-Systeme nicht nur durch chemische Synthese einfach verändern und anpassen. Sie vertragen auch höhere Temperaturen im Betrieb. Quanten­computer könnten somit billiger werden.

Wiley-VCH / RK

Weitere Infos

 

 

ContentAd

Kleinste auf dem Markt erhältliche Hochleistungs-Turbopumpe

Kleinste auf dem Markt erhältliche Hochleistungs-Turbopumpe

Die HiPace 10 Neo ist ein effizienter, kompakter Allrounder für den Prüfalltag, der geräuscharm und besonders energieeffizient ist.

Weiterbildung

Weiterbildungen im Bereich Quantentechnologie
TUM INSTITUTE FOR LIFELONG LEARNING

Weiterbildungen im Bereich Quantentechnologie

Vom eintägigen Überblickskurs bis hin zum Deep Dive in die Technologie: für Fach- & Führungskräfte unterschiedlichster Branchen.

Meist gelesen

Themen