量子位通讯由电子开关控制

在意大利一个多学科小组的科学家设计了一个快速交换,高度一致的分子two-qubit结合核和电子自旋量子逻辑门操作。¹

量子信息处理使用量子现象,如量子叠加和纠缠,编码信息。量子比特或量子位,量子信息处理的基石,就像古典“位”是当前计算机。像位,量子位携带信息,但与比特,量子位可以同时存在多个州——被称为叠加。这允许更快和更复杂的信息处理。问题是,保持这种状态是很困难的。从外部环境噪声,甚至从分子内部晶格振动,会引起脱散,量子位的信息的不可逆转的破坏。时间一个量子位可以维持这种量子叠加态——它的一致性——取决于使用的材料或分子和它的环境。低温度降低噪音,所以当前量子计算机在接近绝对零度的温度下运行。

实用的量子计算的另一个障碍是构建“盖茨”的多个量子比特。这就是纠缠。量子位互动时,他们变得纠缠,这意味着他们的国家必须描述相对于彼此。实验利用这个来完成量子逻辑操作。不幸的是,一旦一个量子位变得纠缠与另一个往往是困难的或不可能扭转这种耦合。

分子自旋量子比特是一个特定类型的量子位,分子自旋属性携带信息的地方。这是电子或核自旋。之前的研究都集中在利用电子自旋,然而这将导致永久性qubit-qubit交互和需要复杂的错误修正。核自旋更孤立的环境中,因此相干的时间也更长。然而,他们可能导致弱和永久的交互,使盖茨缓慢。

一组实验化学家和理论物理学家罗伯塔Sessoli和马特奥Atzori、佛罗伦萨大学的斯特凡诺Carretta从帕尔玛大学,想证明,经过精心设计,相对简单的磁分子是有用的作为量子模拟平台。现在有很多研究在系统提出了分子量子比特相干时间,与令人印象深刻的结果,”他们解释。不过,最大的挑战是链接到一起在一个良好定义的multi-qubit体系结构中,这样他们可以连贯地操纵。斯蒂芬·巴内特理论物理学家,从格拉斯哥大学量子信息方面的专长,英国同意:“能够控制相干量子自旋相互作用,或量子位,是关键技术要求释放量子信息处理的潜力。”

他们以前的工作基础上描述vanadium-based量子位放松周期长,²该集团想要构造两个wimp的分子系统d金属离子,可以很容易地使用电磁脉冲操作。要做到这一点,他们用ditopic-catecholate配体连接两个量子位元。这些配体允许微调qubit-qubit的距离,因此磁相互作用。这种架构旨在同时利用长时间相干性的核自旋和快速可控动态电子自旋的。的集团惊讶地发现,分子表现出1µs的相干时间,这几乎是不变的温度高达100 k (-173.15°C)。团队说,这个结果表明,量子比特的分子设计和连接单元已经在保护关键长自旋相干。”

团队继续测试他们的体系结构单一和two-qubit盖茨。使用他们的电子开关的每个量子位编码分别single-qubit门,但也使用控制相移two-qubit门感应可逆的纠缠。使用统一的电子顺磁共振脉冲,他们可以把量子位之间的交互””和“关闭”,与典型的核磁共振的永久交互方案。

他们应用系统原理实验使用的时间演化的量子模拟旋转S = 1经历量子隧道效应。为了实现这一点,他们把时间演化成小步骤,计算每一个序列的大门。

Barnett描述耦合量子比特的想法在一个分子中有趣和最受欢迎的和说的挑战将是,看看这个新想法可以扩大到一个更大数量的量子位。