„Designerskie cząsteczki” mogą być dostosowywane do potrzeb urządzeń kwantowych

Modne stają się kubity [Quantum bits] wykonane z „designerskich cząsteczek”. Starannie dostosowując skład cząsteczek, naukowcy tworzą systemy chemiczne dostosowane do różnorodnych zadań kwantowych.

„Zdolność do kontrolowania cząsteczek… sprawia, że ​​są one po prostu pięknym i cudownym systemem do pracy” – mówi Danna Freedman, chemik z Northwestern University w Evanston w stanie Illinois. „Molekuły są najlepsze”. Freedman opisała swoje badania 8 lutego na dorocznym spotkaniu American Association for the Advancement of Science, które odbyło się online.

Kubity są analogiczne do bitów występujących w konwencjonalnych komputerach. Ale zamiast istnieć w stanie 0 lub 1, jak to robią standardowe bity, kubity mogą mieć obie wartości jednocześnie, umożliwiając nowe typy obliczeń niemożliwe dla konwencjonalnych komputerów.

Oprócz ich potencjalnego zastosowania w komputerach kwantowych, cząsteczki mogą również służyć jako czujniki kwantowe, urządzenia, które mogą dokonywać niezwykle czułych pomiarów, takich jak wyłapywanie niewielkich sił elektromagnetycznych.

W kubitach Freedman i współpracowników pojedynczy jon chromu, naładowany elektrycznie atom, znajduje się w środku cząsteczki. Wartość kubitu jest reprezentowana przez spin elektronowy jonu chromu, moment pędu jego elektronów. Dodatkowe grupy atomów są przyłączone do chromu; wymieniając niektóre atomy w tych grupach, badacze mogą zmienić właściwości kubitu, aby zmienić jego funkcjonowanie.

Ostatnio Freedman i współpracownicy stworzyli cząsteczki, które spełniają jedną konkretną potrzebę: kubity molekularne, które reagują na światło. Lasery mogą ustawiać wartości kubitów i pomagać odczytywać wyniki obliczeń – podali naukowcy w Science 11 grudnia. Inną możliwością mogłoby być stworzenie cząsteczek, które są biokompatybilne, mówi Freedman, aby można je było wykorzystać do wykrywania warunków wewnątrz żywej tkanki.

Cząsteczki mają inny szczególny urok: wszystkie danego typu są dokładnie takie same. Wiele typów kubitów jest wykonanych z kawałków metalu lub innego materiału osadzonego na powierzchni, co powoduje niewielkie różnice między kubitami na poziomie atomowym. Jednak użycie technik chemicznych do budowania cząsteczek atom po atomie oznacza, że ​​kubity są identyczne, co zapewnia lepsze działanie urządzeń. „To coś naprawdę potężnego w podejściu oddolnym, które zapewnia chemia” – powiedziała Freedman.

Naukowcy już używają pojedynczych atomów i jonów w urządzeniach kwantowych, ale praca z cząsteczkami jest bardziej skomplikowana dzięki ich wielu składnikom. W rezultacie cząsteczki są stosunkowo nowym zasobem kwantowym, powiedział na spotkaniu fizyk z Caltech, Nick Hutzler. „Ludzie nawet nie wiedzą jeszcze, co można zrobić z [molekułami].… Ale ludzie codziennie odkrywają nowe rzeczy”.

Źródła: Emily Conover

Zdjęcia: DANIEL LAORENZA/NORTHWESTERN UNIVERSITY

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x