„Moleculele de designer” ar putea crea dispozitive cuantice personalizate

Biți cuantici fabricați din „molecule de designer” intră în modă. Adaptând cu atenție compoziția moleculelor, cercetătorii creează sisteme chimice potrivite pentru o varietate de sarcini cuantice.

„Abilitatea de a controla moleculele… le face doar un sistem frumos și minunat cu care să lucrezi”, a spus Danna Freedman, chimist la Universitatea Northwestern din Evanston, Illinois. „Moleculele sunt cele mai bune.” Freedman a descris cercetarea ei pe 8 februarie la reuniunea anuală a Asociației Americane pentru Progresul Științei, organizată online.

Biții cuantici, sau qubiții, sunt analogi cu biții găsiți în computerele convenționale. Dar, în loc să existe într-o stare de 0 sau 1, așa cum fac biții standard, qubiții pot avea ambele valori simultan, permițând noi tipuri de calcule imposibile pentru computerele convenționale.

Pe lângă potențiala lor utilizare în computerele cuantice, moleculele pot servi și ca senzori cuantici, dispozitive care pot face măsurători extrem de sensibile, cum ar fi suprimarea forțelor electromagnetice minuscule (SN: 23/03/18).

În qubiții lui Freedman și colegii, un singur ion de crom, un atom încărcat electric, se află în centrul moleculei. Valoarea qubitului este reprezentată de spinul electronic al ionului de crom, o măsură a momentului unghiular al electronilor săi. Grupuri suplimentare de atomi sunt atașate de crom; schimbând unii dintre atomi din acele grupuri, cercetătorii pot schimba proprietățile qubitului pentru a modifica modul în care funcționează.

Recent, Freedman și colegii au creat molecule pentru a se potrivi unei anumite nevoi: qubiții moleculari care răspund la lumină. Laserele pot seta valorile qubitilor și pot ajuta la citirea rezultatelor calculelor, au raportat cercetătorii în 11 decembrie. Ştiinţă. O altă posibilitate ar putea fi crearea de molecule care sunt biocompatibile, spune Freedman, astfel încât să poată fi utilizate pentru detectarea condițiilor din interiorul țesutului viu.

Moleculele au o altă atracție specială: toate de un anumit tip sunt exact la fel. Multe tipuri de qubiți sunt fabricate din bucăți de metal sau alt material depuse pe o suprafață, rezultând diferențe ușoare între qubiți la nivel atomic. Dar folosirea tehnicilor chimice pentru a construi molecule atom cu atom înseamnă că qubiții sunt identici, ceea ce face dispozitive mai performante. „Este ceva cu adevărat puternic despre abordarea de jos în sus pe care o oferă chimia”, a spus Freedman.

Oamenii de știință folosesc deja atomi și ioni individuali în dispozitive cuantice (SN: 29/06/17), dar cu moleculele este mai complicat de lucrat, datorită constituenților lor multipli. Drept urmare, moleculele sunt o resursă cuantică relativ nouă, a spus fizicianul Caltech Nick Hutzler la întâlnire. „Oamenii nici măcar nu știu cu adevărat cu ce poți face [molecules] totuși… Dar oamenii descoperă lucruri noi în fiecare zi.”