Американские ученые разработали молекулярные кубиты, функционирующие на тех же частотах, что и мобильная связь. Для создания этих кубитов они использовали синтез особой металлоорганической молекулы, содержащей эрбий.
Для передачи и приема информации применяется свет, а магнетизм тесно ассоциируется со «спином», являющимся одним из параметров квантовых систем, которые могут быть использованы для создания систем обработки данных. На квантовом уровне взаимодействие света и магнетизма характеризуется тонкостью и сложностью.
Ученые создали молекулярный кубит, основанный на свет, и магнетизм. Для достижения этой цели были использованы технологии, разработанные в области квантовой оптики и химического синтеза. Работа опубликована в журнале Science.
Новый молекулярный кубит включает в себя эрбий — редкоземельный элемент. Редкоземельные элементы обладают способностью поглощать и излучать свет с большей точностью по сравнению с другими элементами, в более узком спектре длин волн. Кроме того, эти соединения демонстрируют интенсивное взаимодействие с магнитными полями. Обе эти характеристики обусловлены структурой их электронной оболочки. В своей работе исследователи отметили возможность создания аналогичных молекул с использованием других лантаноидов.
«Эти молекулы способны выступать в качестве наномоста, объединяющего магнетизм и оптику. Информация могла бы быть закодирована в магнитном состоянии молекулы, а затем считываться с помощью света на длинах волн, соответствующих технологиям, уже широко применяемым в оптоволоконных сетях и кремниевых фотонных схемах», — заявила Лея Вайс ( Leah Weiss), соавтор статьи.
Используя оптическую спектроскопию и микроволновые технологии, ученые продемонстрировали, что молекулярные кубиты на основе эрбия работают на частотах, соответствующих кремниевой фотонике. Эта технология уже находит применение в передаче данных, высокопроизводительных вычислениях и создании сенсоров. Исследователи заявили что эта совместимость может ускорить разработку гибридных молекулярно-фотонных платформ для квантовых сетей.
«Создание молекул посредством химического синтеза позволяет корректировать электронные и оптические характеристики ионов редкоземельных элементов, что сложно осуществить иными методами. Наша работа лишь в общих чертах касается потенциала, который, по нашему мнению, может быть раскрыт в квантовых технологиях», — сообщил Райан Мерфи ( Ryan Murphy), соавтор исследования.
Специалисты полагают, что их разработка может предоставить научному сообществу эффективный и действенный способ создания квантовых систем с заданными параметрами. По их мнению, молекулярные кубиты станут хорошим вариантом для создания квантовых сенсоров: малый размер и химическая гибкость позволяют внедрять их в биологические системы для измерения магнитных полей, температуры или давления в наномасштабе.