Ученые подавили молекулярное движение, сделав квантовые технологии доступнее

Японские ученые добились квантовой когерентности при комнатной температуре. Исследование демонстрирует возможность поддержания четко определенного квантового состояния, не затронутого внешними воздействиями на поверхности Земли.

Ключом к открытию стало соединение хромофора – молекулы красителя, поглощающего свет – и металл-органического каркаса (metal-organic frameworks, MOF, МОК), нанопористого кристаллического материала, состоящего из ионов металла и органических лигандов.

Хотя когерентность в настоящее время наблюдается в течение наносекунд, результаты работы закладывают основу для будущих квантовых вычислений и датчиков. Специалисты встроили хромофор в МОК, создав уникальную среду для квантовой когерентности.

Квантовая когерентность имеет решающее значение для технологий квантовых вычислений и датчиков. Но до сих пор она была недостижима при комнатной температуре. Инновация команды заключается в подавлении молекулярного движения путем введения хромофора на основе пентацена – полициклического ароматического углеводорода – в МОК типа UiO.

Благодаря плотно скопившимся хромофорам и ограниченному углу вращения, эта структура МОК позволила исследователям достичь квантовой когерентности при комнатной температуре, которая никогда раньше не достигалась.

Возбуждение электронов микроволновыми импульсами позволило обнаружить квантовую когерентность состояния, длившуюся более 100 наносекунд. Хотя это может показаться мимолетным мгновением, это огромный шаг вперед на пути к созданию материалов, способных эффективно генерировать множество кубитов при комнатной температуре.

Ученые прогнозируют, что в будущем многокубитные состояния мультиэкситонов могут быть эффективно сгенерированы путем поиска молекул-гостей, вызывающих подавленное движение, и будут проходить разработки подходящих структур МОК. Такой прогноз открывает захватывающую перспективу молекулярных квантовых вычислений при комнатной температуре на основе управления множественными квантовыми вентилями и квантовых датчиков различных целевых соединений.

Квантовые вычисления, провозглашенные следующим крупным технологическим прорывом, приблизились к реальности благодаря исследованию ученых. Квантовые датчики, использующие квантовые свойства кубитов, обещают более высокое разрешение и чувствительность по сравнению с традиционными методами, что ознаменует смену парадигмы технологий, которые ранее считались возможными только при экстремально низких температурах.

Поскольку мы стоим на пороге квантовой революции, квантовая когерентность состояний квинтетов при комнатной температуре может стать ключом к раскрытию всего потенциала квантовых технологий.

Ранее стало известно, что ученые из США у величили время когерентности своего нового типа кубита до впечатляющих 0,1 миллисекунды, что почти в тысячу раз превосходит предыдущий рекорд. В отличие от традиционных кубитов на заряде электрона, эти кубиты могут выполнять 10 000 операций с высокой точностью и скоростью.

А гарвардские специалисты сообщили о практически безупречной работе своих двухкубитных вентилей с чрезвычайно низкими коэффициентами ошибок. Впервые ученым удалось запутать атомы с показателями ошибок ниже 0,5%, что ставит их технологию на одну ступень с другими ведущими типами квантовых вычислительных платформ.