NVision und Universität Ulm präsentieren lichtlesbares molekulares Qubit

Forscher des deutschen Startups NVision Quantum Technologies und der Universität Ulm haben ein Molekül entwickelt, das als Quantenbit, kurz Qubit, fungieren und einzeln mit Licht ausgelesen werden kann. Chemistry World beschreibt es als das erste Molekül seiner Art, das als individuell mit Licht adressierbares Qubit dient. Die Arbeit erschien am 28. Oktober in Nature, und NVision plant nun, die Moleküle auf photonische Chips zu bringen. Ziel ist es zu zeigen, dass molekulare Qubits, die lange hinter gefangenen Ionen, supraleitenden Schaltkreisen und neutralen Atomen zurücklagen, in großer Zahl hergestellt werden können.chemistryworld.com

Ein Molekül für diese Aufgabe

Das Molekül Di([1,1′-biphenyl]-4-yl)karben besitzt vier Eigenschaften, die ein individuell adressierbares Qubit benötigt. Unter Laserlicht fluoresziert es in nur einem seiner drei Elektronenspin-Zustände. Diese Spinzustände halten lange genug für Berechnungen an. Es leuchtet hell genug, um ausgelesen zu werden, und seine Farbe bleibt stabil genug, um Verschränkung zu ermöglichen, berichtete Chemistry World. Bisher konnten Wissenschaftler molekulare Qubits nur in Gruppen auslesen und deren Werte mitteln.chemistryworld.com

NVision gab an, mehr als 150 Kandidatenmoleküle am Computer gescreent und 40 davon im Labor hergestellt zu haben. Das Team platzierte eine stabile Vorstufe in einem Kristall aus einem nahezu identischen Molekül, kühlte diesen auf 4,5 Kelvin ab und nutzte einen Laser, um die Vorstufe in aktive Qubits umzuwandeln. Durch die Anwendung von Mikrowellenpulsen verlängerten die Forscher die Kohärenz, ein Maß dafür, wie lange das Qubit seinen Quantenzustand beibehält, auf 2,2 Millisekunden. Sie stellten zudem fest, dass sich die Emissionsfrequenzen der Moleküle während mehr als einer Stunde wiederholter Anregung kaum veränderten.quantumcomputingreport.com+2

Expertenmeinungen

David Awschalom von der University of Chicago nannte es eine hochwertige Architektur für molekulare Qubits und einen bedeutenden Schritt zur Integration molekularer Qubits in skalierbare optische Kommunikationsplattformen. Danna Freedman vom MIT bezeichnete die Demonstration der Adressierbarkeit einzelner Moleküle als einen großen Schritt für das Fachgebiet.chemistryworld.com

Vom Kristall zum Chip

NVision möchte die Moleküle in einer Architektur verwenden, die sie photonische integrierte Quantenschaltkreise nennen. In diesem Design verbinden sich Elektronenspins über Licht mit anderen Qubits, während Kernspins als langlebiger Speicher dienen. Das Unternehmen arbeitet mit HyperLight zusammen, einem Hersteller von Dünnschicht-Lithiumniobat-Photonik, und erwartet die ersten integrierten Prototyp-Chips im vierten Quartal 2026. Die langfristigen Ziele sind 1.000 physische Qubits und bis 2030 1.000 fehlertolerante logische Qubits auf einem Chip.optica-opn.org+2

"Eine der größten Fragen, vor der jede Modalität jetzt steht, ist: Kann sie auf Hunderttausende von Qubits skaliert werden?" sagte Ilai Schwartz, Chief Technology Officer bei NVision. "Es bleiben echte technische Herausforderungen, aber da wir auf bestehenden Fertigungsprozessen aufbauen, müssen wir keine neuen Fabriken bauen, um dieses Ziel zu erreichen".chemistryworld.com