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Molecular Spins for Quantum Technology

Descrizione del progetto

Un approccio molecolare alle tecnologie quantistiche

I difetti di spin nei solidi forniscono qubit promettenti per l’elaborazione delle informazioni quantistiche e le reti quantistiche. Ciononostante, la mancanza di omogeneità del sistema elementare nel materiale e la decoerenza dei qubit impediscono la fabbricazione di una rete quantistica su scala reale. Finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, il progetto Mspin affronterà queste sfide sfruttando il potenziale insito nelle molecole. I ricercatori impegnati nel progetto svilupperanno metodi volti a controllare i singoli spin nucleari in un’unica molecola, dimostrando i registri quantistici basati su tali molecole. Sostenuti dall’adozione di approcci basati sulla chimica organica, questi registri molecolari sono producibili su vasta scala. L’obiettivo finale è quello di dimostrare, per la prima volta, un nodo di rete quantistica molecolare efficiente.

Obiettivo

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.

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

Istituzione ospitante

RHEINISCHE FRIEDRICH-WILHELMS-UNIVERSITAT BONN
Contribution nette de l'UE
€ 1 893 184,00
Indirizzo
REGINA PACIS WEG 3
53113 Bonn
Germania

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Regione
Nordrhein-Westfalen Köln Bonn, Kreisfreie Stadt
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 1 893 184,00

Beneficiari (2)