Een groep natuurkundigen in Utrecht, San Sebastián en Pennsylvania hebben een nieuw kunstmatig molecuul gemaakt dat van binnen isoleert, maar elektronische toestanden in de hoeken heeft. Deze toestanden hebben nul energie, en om deze reden, zijn bestand tegen defecten in het molecuul en kunnen worden gebruikt als qubits in kwantumcomputers. De resultaten zijn gepubliceerd in Natuurmaterialen op 23 sept.

Prof. Cristiane Morais Smith van de Universiteit Utrecht legt uit:"Er zijn enkele grote uitdagingen bij de ontwikkeling van kwantumcomputers. Een van de grootste problemen is kwantumdecoherentie:informatie gaat verloren in de omgeving. Dit maakt het moeilijker om elektronica op de kwantumcomputer te ontwerpen. niveau dan op het klassieke niveau. Daarom hebben we elektronen gemaakt die bestand zijn tegen kwantumdecoherentie."

Kunstmatige moleculen maken

Theoretisch natuurkundige Sander Kempkes zegt:"Normale moleculen die in de natuur voorkomen hebben vaak interessante eigenschappen, maar het duurt lang om er een te vinden die precies de eigenschappen heeft die u wenst. Daarom hebben we het heft in eigen handen genomen." De onderzoekers creëerden kunstmatige moleculen van onderaf met alleen een scanning tunneling microscoop, een kopermonster en een stel koolmonoxidemoleculen, die een nanometer van elkaar verwijderd zijn.

De onderzoekers waren in staat om zeer robuuste hoekmodi te creëren die worden beschermd door symmetrieën van het molecuul. Net zoals je een gat in een donut niet kunt verwijderen, tenzij je het doorsnijdt, deze hoekmodi kunnen niet worden gewijzigd zonder het systeem drastisch te beschadigen. Door de uiterst nauwkeurige en gecontroleerde manier om het molecuul op nanometerschaal te creëren, de onderzoekers waren in staat om de veerkracht tegen defecten van deze nulmodi in de hoeken van het molecuul te verifiëren. Hoewel deze modi nog niet klaar zijn om als kwantumbits te worden gebruikt, het is een belangrijke stap in de richting van het creëren ervan in kunstmatige systemen.

Japans patroon

De onderzoekers lieten zich inspireren door het zogenaamde kagomepatroon, een tegelpatroon dat afkomstig is uit Japan en bestaat uit driehoeken en zeshoeken. Er zijn enkele echte materialen die deze specifieke vorm hebben, maar niet precies op de manier waarop de onderzoekers zochten. Dit is de reden waarom de theoretische natuurkundigen een nieuw kagome-molecuul op de computer hebben ontworpen, waarna experimentele natuurkundigen in het lab van Ingmar Swart en Daniel Vanmaekelbergh het molecuul experimenteel realiseerden. Eerder, ze gebruikten dezelfde technieken om elektronische roosters te maken die betrekking hebben op supermaterialen en kwantumfractalen.

Muffin dun

Experimenteel natuurkundige Marlou Slot zegt:"Het manipuleren van een koolmonoxidemolecuul kan worden gezien als het schuiven van een koningin op een schaakbord op nanometerschaal, met behulp van een naald in plaats van uw vinger."

De hele procedure is als het maken van een omgekeerde muffinvorm met de gewenste geometrie voor de rondzwevende elektronen. De "muffin tin" dwingt de elektronen in een bepaalde vorm, hoewel de bakanalogie niet te letterlijk moet worden genomen, omdat het experiment plaatsvindt bij -269 graden Celsius.