Skip to main content

Decoherence in magnetic molecules as qubits

Article Category

Article available in the folowing languages:

Postęp w dziedzinie obliczeń kwantowych

Finansowani ze środków UE naukowcy poczynili istotne postępy w zrozumieniu głównej przeszkody stojącej na drodze do stworzenia komputerów kwantowych — zjawiska znanego jako dekoherencja.

Gospodarka cyfrowa

Dążenie do stworzenia komputerów kwantowych zdolnych do wykonywania niezwykle skomplikowanych obliczeń w bardzo krótkim czasie w oparciu o interesujące właściwości cząstek kwantowych napotkało istotną przeszkodę w postaci dekoherencji. Podczas gdy podstawą kodowania informacji w tradycyjnych komputerach są bity, komputery kwantowe działają w oparciu o bity kwantowe, inaczej zwane kubitami. W odróżnieniu od tradycyjnych bitów, które przyjmują wartości 0 lub 1, kubity mogą jednocześnie przyjąć obie wartości poprzez superpozycję, teoretycznie umożliwiając prawdziwie równoległe przetwarzanie oraz ogromnie zwiększając moc obliczeniową. Jednak dekoherencja, lub przypadkowe zmiany stanów kwantowych w wyniku interakcji z otoczeniem, powoduje trudności w kontrolowaniu i zastosowaniu kubitów. W odniesieniu do cząstek magnetycznych teoria przewiduje trzy główne źródła dekoherencji, a mianowicie spiny jądrowe, międzycząsteczkowe oddziaływania dipolowe oraz fonony. Europejscy naukowcy zainicjowali projekt "Dekoherencja w cząsteczkach magnetycznych, takich jak kubity" (DECMMQUBIT) w celu zbadania tych zjawisk w układach kubitów spinowych magnesów molekularnych. Założeniem było poszerzenie wiedzy oraz minimalizacja dekoherencji, służące przesunięciu granic w dziedzinie obliczeń kwantowych. W ramach pierwszego etapu naukowcy wybrali dwie cząsteczki (polioksometalany) możliwe do zsyntetyzowania bez spinów jądrowych. Badania teoretyczne dowiodły, iż z dużym prawdopodobieństwem mogły one wykazywać właściwości magnesu jednocząsteczkowego (SMM), stąd też były doskonałymi kandydatami na kubity spinowe. Magnesy SMM zostały następnie zsyntetyzowane i scharakteryzowane magnetycznie. Kolejnym etapem było przygotowanie czystych i magnetycznie rozcieńczonych próbek, za pomocą których wykazano, że zastosowanie poprzecznego pola magnetycznego znacząco ograniczało wkład oddziaływań dipolowych w dekoherencję. Wreszcie zbadano stałe sprzężenia pomiędzy fononami (kwanty energii drgań) oraz różne rodzaje dwupoziomowych układów bromku potasu (KBr), cyjanku (CN) i wykonano obliczenia na poparcie zmierzonych eksperymentalnie wartości. Podsumowując, badacze uczestniczący w projekcie DECMMQUBIT przeprowadzili eksperymentalne i teoretyczne badania w zakresie trzech głównych źródeł dekoherencji kubitów. Kontynuacja wyników projektu powinna jeszcze bardziej ułatwić poznanie cząstek magnetycznych jako obiektów kwantowych, a także pomóc w przełamaniu istniejącej bariery dla dalszego rozwoju komputerów kwantowych.

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania