Quantumcomputers kunnen de mogelijkheden van IT-systemen enorm vergroten, grote veranderingen wereldwijd teweegbrengen. Echter, er is nog een lange weg te gaan voordat een dergelijk apparaat daadwerkelijk kan worden gebouwd, omdat het nog niet mogelijk is om bestaande moleculaire concepten op een praktische manier om te zetten in technologieën. Dit heeft onderzoekers over de hele wereld er niet van weerhouden om nieuwe ideeën voor individuele componenten te ontwikkelen en te optimaliseren. Chemici van de Friedrich Schiller Universiteit in Jena (Duitsland) hebben nu een molecuul gesynthetiseerd dat de functie van rekeneenheid in een kwantumcomputer kan vervullen. Ze rapporteren over hun werk in het huidige nummer van het onderzoekstijdschrift Chemische communicatie .

"Om een ​​molecuul als qubit - de basiseenheid van informatie in een kwantumcomputer - te kunnen gebruiken, moet het een voldoende langlevende spintoestand hebben, die van buitenaf kan worden gemanipuleerd, " legt Prof. Dr. Winfried Plass van de Jena University uit. "Dat betekent dat de toestand die het gevolg is van de wisselwerking tussen de spins van de elektronen van het molecuul, dat wil zeggen de spin-toestand, moet stabiel genoeg zijn om informatie in te voeren en uit te lezen." Het molecuul dat door Plass en zijn team is gemaakt, voldoet precies aan deze voorwaarde.

Dit molecuul is een zogenaamde coördinatieverbinding, met zowel organische als metalen delen. "Het organische materiaal vormt een frame, waarin de metaalionen op een zeer specifieke manier zijn gepositioneerd, " zegt Benjamin Kintzel, die een leidende rol speelden bij de productie van het molecuul. "In ons geval, dit is een trinucleair kopercomplex. Het bijzondere is dat binnen het molecuul, de koperionen vormen een precieze gelijkzijdige driehoek." Alleen op deze manier kunnen de elektronenspins van de drie koperkernen zo sterk interageren dat het molecuul een spintoestand ontwikkelt, waardoor het een qubit is die van buitenaf kan worden gemanipuleerd.

"Ook al wisten we al hoe ons molecuul er in theorie uit zou moeten zien, deze synthese is niettemin een grote uitdaging, ", zegt Kintzel. "In het bijzonder, het bereiken van de gelijkzijdige driehoekige positionering is moeilijk, omdat we het molecuul moesten kristalliseren om het precies te karakteriseren. En het is moeilijk te voorspellen hoe zo'n deeltje zich in het kristal zal gedragen." met het gebruik van verschillende chemische instrumenten en fine-tuning procedures, de onderzoekers zijn erin geslaagd het gewenste resultaat te bereiken.

Volgens theoretische voorspellingen het in Jena gecreëerde molecuul biedt een bijkomend fundamenteel voordeel in vergelijking met andere qubits. "Het theoretische bouwplan van onze koperverbinding voorziet erin dat de spintoestand op moleculair niveau kan worden gecontroleerd met behulp van elektrische velden, " merkt Plass op. "Tot nu toe, magnetische velden zijn voornamelijk gebruikt, maar daarmee kun je je niet concentreren op losse moleculen." Een onderzoeksgroep in Oxford, VK, die samenwerkt met de chemici uit Jena, voert momenteel experimenten uit om dit kenmerk van het molecuul te bestuderen dat is gesynthetiseerd aan de Universiteit van Jena.