NVision och Ulm universitet presenterar molekylär qubit som kan läsas med ljus

Forskare vid det tyska startup-företaget NVision Quantum Technologies och Ulm universitet har designat en molekyl som kan fungera som en kvantbit, eller qubit, och läsas av individuellt med ljus. Chemistry World beskriver den som den första molekylen i sitt slag som fungerar som en qubit som kan adresseras individuellt med ljus. Arbetet publicerades i Nature den 28 oktober, och NVision planerar nu att placera molekylerna på fotoniska chip. Målet är att visa att molekylära qubits, som länge legat efter fångade joner, supraledande kretsar och neutrala atomer, kan tillverkas i stora mängder.chemistryworld.com

En molekyl byggd för uppgiften

Molekylen, di([1,1′-biphenyl]-4-yl)karben, har fyra egenskaper som en individuellt adresserbar qubit kräver. Under laserljus fluorescerar den i endast ett av sina tre elektronspinntillstånd. Dessa spinntillstånd varar tillräckligt länge för beräkningar. Den lyser tillräckligt starkt för att kunna läsas av, och dess färg är tillräckligt stabil för att tillåta sammanflätning, rapporterade Chemistry World. Fram till nu har forskare bara kunnat läsa av molekylära qubits i grupper och beräkna deras genomsnittsvärden.chemistryworld.com

NVision uppger att de screenat mer än 150 kandidatmolekyler på datorer och framställt 40 av dem i laboratoriet. Teamet placerade en stabil prekursor inuti en kristall gjord av en nästan identisk molekyl, kylde ner den till 4,5 Kelvin och använde en laser för att omvandla prekursorn till aktiva qubits. Genom att applicera mikrovågspulser förlängde forskarna koherensen, ett mått på hur länge en qubit behåller sitt kvanttillstånd, till 2,2 millisekunder. De fann också att molekylernas emissionsfrekvenser knappt rörde sig under mer än en timmes upprepad excitation.quantumcomputingreport.com+2

Experter uttalar sig

David Awschalom vid University of Chicago kallar det en arkitektur för molekylära qubits av hög kvalitet och ett betydande steg mot att integrera molekylära qubits med skalbara optiska kommunikationsplattformar. Danna Freedman vid MIT kallar demonstrationen av adressering av enskilda molekyler ett stort steg för fältet.chemistryworld.com

Från kristall till chip

NVision vill använda molekylerna i en arkitektur de kallar fotoniska integrerade kvantkretsar. I denna design kopplas elektronspinn till andra qubits via ljus, och kärnspinn fungerar som långlivat minne. Företaget har inlett ett samarbete med HyperLight, som tillverkar tunnfilms-litiumniobat-fotonik, och förväntar sig sina första integrerade prototypchip under fjärde kvartalet 2026. De långsiktiga målen är 1 000 fysiska qubits och därefter, till 2030, 1 000 feltoleranta logiska qubits på ett chip.optica-opn.org+2

"En av de största frågorna som alla modaliteter nu står inför är: kan det skalas till hundratusentals qubits?" säger Ilai Schwartz, teknisk chef på NVision. "Det återstår verkliga ingenjörsmässiga utmaningar, men eftersom vi bygger på befintliga gjuteriprocesser behöver vi inte bygga nya fabriker för att nå dit".chemistryworld.com