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12 avril 2021

par l’Institut de technologie de Karlsruhe

La lumière peut être utilisée pour faire fonctionner des systèmes de traitement de l’information quantique, eg ordinateurs quantiques, rapidement et efficacement Des 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 adaptés à une utilisation 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 les niveaux de spin nucléaire d’un complexe moléculaire d’ions de terres rares d’europium (III) avec de la lumière.

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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 or 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, as far as they are concerned, utilisent des bits quantiques pour traiter les informations Un bit quantique (qubit) peut être dans de nombreux états différents entre 0 and 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.

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). “However, les états de superposition d’un qubit sont fragiles et sont perturbés par les fluctuations de l’environnement, ce qui conduit à la décohérence, jee raccourcissement de la durée de vie de cohérencePour préserver 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.

Un seul qubit, however, 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 sous forme d’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 à l’aide des principes de conception chimique. Dans leur article maintenant 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 StrasbourgCESQ et Dr Philippe Goldner de l’École nationale supérieure de chimie de Paris (Chimie ParisTech / CNRS) présente une molécule d’europium dimère (III) 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, jee, 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 spectrauxexpériences spéciales avec des lasersdétecte 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

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Molécule, Chemistry

News – United States – Une nouvelle interface lumière-spin avec la molécule d’europium (III) advances the development of quantum computers
Associated title :
A Une nouvelle interface de spin lumière avec une molécule d’europium (III) advances the development of quantum computers

Source: https://phys.org/news/2021-04-light-spin-interface-europiumiii-molecule-advances.html

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