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Molecular Spins for Quantum Technology

Descripción del proyecto

Un enfoque molecular de las tecnologías cuánticas

Los defectos de espín en materiales sólidos ofrecen cúbits prometedores para el procesamiento de la información cuántica y las redes cuánticas. Sin embargo, la falta de homogeneidad del sistema elemental en el material y la descoherencia de los cúbits impiden la fabricación de una red cuántica a escala real. El equipo del proyecto MSpin, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, abordará estos retos aprovechando el potencial de las moléculas. Los investigadores del proyecto desarrollarán métodos para controlar espines nucleares individuales alojados en una sola molécula y demostrarán registros cuánticos basados en moléculas. Con ayuda de la química orgánica, estos registros moleculares pueden producirse a gran escala. El objetivo final es demostrar, por primera vez, un nodo de red cuántica molecular eficiente.

Objetivo

Defect spins in solids provide a promising platform to realize a range of quantum technologies. Recent advances demonstrated their basic functionalities as quantum network nodes. Yet, the realization of a real-scale quantum network requires solving outstanding challenges posed by the inhomogeneity of elementary systems and decoherence from environmental couplings.

MSpin aims to tackle these challenges employing a bottom-up route. A single molecule sets a compact, nanoscopic stage to house an array of nuclear spins in atomically defined configurations. Accessing and controlling these spins will uncover the tremendous potential of molecules for quantum technology. Moreover, the toolbox of organic chemistry allows producing identical molecules at large scales and fine-tuning their intrinsic and extrinsic environments.

With MSpin, I will push the frontiers of single-molecule spectroscopy, single-spin control, and cavity quantum electrodynamics to fully exploit the potential of molecules for quantum technology. The overarching goals are: i) Detect and control single nuclear spins in a molecule and demonstrate for the first time a molecular quantum register; ii) Achieve robust nuclear quantum memory hosted in a molecule through deterministic switching of hyperfine coupling, and by harnessing the decoherence-free subspace provided by nuclear spin pairs; iii) Realize an efficient molecule-photon interface through strong-coupling to a Fabry-Pérot microcavity and demonstrate the first molecule-photon entanglement.

The success of MSpin will open an exciting new field on controlling and exploiting spin-photon, spin-spin interactions at the sub-molecular scale. The experimental mastery of these interactions developed through this proposal, will not only shine new lights on spins in molecular physics and chemistry, but also foster an intriguing range of applications in quantum communication, computation, and sensors with unprecedented, sub-molecular resolution.

Régimen de financiación

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

Institución de acogida

RHEINISCHE FRIEDRICH-WILHELMS-UNIVERSITAT BONN
Aportación neta de la UEn
€ 1 893 184,00
Dirección
REGINA PACIS WEG 3
53113 Bonn
Alemania

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Región
Nordrhein-Westfalen Köln Bonn, Kreisfreie Stadt
Tipo de actividad
Higher or Secondary Education Establishments
Enlaces
Coste total
€ 1 893 184,00

Beneficiarios (2)