Une molécule qui répond à la lumière – Technoguide

La lumière peut être utilisée pour faire fonctionner des systèmes de traitement d’informations quantiques, par exemple des ordinateurs quantiques, rapidement et efficacement. Les chercheurs de l’Institut de Technologie de Karlsruhe (KIT) et de Chimie ParisTech / CNRS ont maintenant considérablement avancé le développement de matériaux à base de molécules utilisables comme unités quantiques fondamentales adressables par la lumière. Comme ils le rapportent dans la revue Nature Communications, ils ont démontré pour la première fois la possibilité de traiter avec la lumière les niveaux de spin nucléaire d’un complexe moléculaire d’ions de terres rares d’europium (III).

Que ce soit pour le développement de médicaments, la communication ou pour les prévisions climatiques: le traitement rapide et efficace des informations est crucial dans de nombreux domaines. Cela se fait actuellement à l’aide d’ordinateurs numériques, qui fonctionnent avec des bits dits. L’état d’un bit est 0 ou 1 – il n’y a rien entre les deux. Cela limite considérablement les performances des ordinateurs numériques et il devient de plus en plus difficile et chronophage de gérer des problèmes complexes liés à des tâches du monde réel. Les ordinateurs quantiques, quant à eux, utilisent des bits quantiques pour traiter les informations. Un bit quantique (qubit) peut être dans de nombreux états différents entre 0 et 1 simultanément en raison d’une propriété mécanique quantique spéciale appelée superposition quantique. Cela permet de traiter des données en parallèle, ce qui augmente la puissance de calcul des ordinateurs quantiques de manière exponentielle par rapport aux ordinateurs numériques.

Les états de superposition Qubit doivent persister assez longtemps

«Afin de développer des ordinateurs quantiques pratiquement applicables, les états de superposition d’un qubit doivent persister suffisamment longtemps. Les chercheurs parlent de« durée de vie de cohérence »», explique le professeur Mario Ruben, chef du groupe de recherche sur les matériaux moléculaires à l’Institut de nanotechnologie du KIT. (INT). “Cependant, les états de superposition d’un qubit sont fragiles et sont perturbés par les fluctuations de l’environnement, ce qui conduit à une décohérence, c’est-à-dire à un raccourcissement de la durée de vie de cohérence.” Pour conserver l’état de superposition suffisamment longtemps pour les opérations de calcul, il est envisageable d’isoler un qubit de l’environnement bruyant. Les niveaux de spin nucléaire dans les molécules peuvent être utilisés pour créer des états de superposition avec de longues durées de vie de cohérence car les spins nucléaires sont faiblement couplés à l’environnement, protégeant les états de superposition d’un qubit des influences externes perturbatrices.

Les molécules conviennent parfaitement aux systèmes Qubit

Un seul qubit, cependant, ne suffit pas pour construire un ordinateur quantique. De nombreux qubits à organiser et à adresser sont nécessaires. Les molécules représentent des systèmes de qubits idéaux car elles peuvent être disposées en nombre suffisamment grand en unités évolutives identiques et peuvent être adressées avec de la lumière pour effectuer des opérations de qubit. De plus, les propriétés physiques des molécules, telles que les propriétés d’émission et / ou magnétiques, peuvent être adaptées en modifiant leurs structures en utilisant des principes de conception chimique. Dans leur article désormais publié dans la revue Nature Communications, des chercheurs dirigés par le professeur Mario Ruben à l’IQMT du KIT et au Centre européen des sciences quantiques de Strasbourg – CESQ et le Dr Philippe Goldner à l’École nationale supérieure de chimie de Paris (Chimie ParisTech / CNRS ) présentent une molécule d’europium (III) dimère contenant un spin nucléaire sous forme de qubit adressable à la lumière.

La molécule, qui appartient aux métaux des terres rares, est conçue pour présenter une luminescence, c’est-à-dire une émission sensibilisée centrée sur l’europium (III), lorsqu’elle est excitée par des ligands absorbant la lumière ultraviolette entourant le centre. Après absorption de la lumière, les ligands transfèrent l’énergie lumineuse au centre de l’europium (III), l’excitant ainsi. La relaxation du centre excité à l’état fondamental conduit à une émission de lumière. L’ensemble du processus est appelé luminescence sensibilisée. La combustion de trous spectraux – expériences spéciales avec des lasers – détecte la polarisation des niveaux de spin nucléaire, indiquant la génération d’une interface de spin nucléaire lumière-nucléaire efficace. Ce dernier permet la génération de qubits hyperfins adressables à la lumière basés sur les niveaux de spin nucléaire. «En démontrant pour la première fois la polarisation de spin induite par la lumière dans la molécule d’europium (III), nous avons réussi à franchir une étape prometteuse vers le développement d’architectures de calcul quantique basées sur des molécules contenant des ions de terres rares», explique le Dr Philippe Goldner.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par le Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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