Tiempos de coherencia largos en cúbitos de vanadil sin espín nuclear

Área de la Ciencia:

• Ciencias de la información cuántica
• La computación cuántica molecular
• Ciencia de los materiales para las tecnologías cuánticas

Sus antecedentes:

• El procesamiento de información cuántica (QIP) requiere qubits robustos con largos tiempos de coherencia (T2) y tiempos de relajación de la red de espín (T1).
• Los complejos basados en vanadio han demostrado ser prometedores como qubits moleculares, con trabajos previos que lograron tiempos de T2 de milisegundos en complejos de tris (dietioleno).
• La integración de T2 largo con la compatibilidad de superficie es crucial para las aplicaciones prácticas de QIP.

Objetivo del estudio:

• Investigar los complejos de vanadil como potenciales qubits moleculares, combinando la compatibilidad superficial con largos tiempos de coherencia.
• Explorar el impacto del diseño del ligando y las interacciones soluto-solvente en el rendimiento de los qubits (T1 y T2).
• Establecer nuevos principios de diseño para mejorar T1 y T2 en qubits moleculares.

Principales métodos:

• Síntesis y caracterización de cuatro nuevos complejos de vanadil: (Ph4P) 2[VO(C8S8) 2 (1), (Ph4P) 2[VO(β-C3S5) 2 (2), (Ph4P) 2[VO(α-C3S5) 2 (3), y (Ph4P) 2[VO(C3S4O) 2 (4).
• Se utilizó la espectroscopia de resonancia paramagnética de electrones pulsada (EPR) para medir los valores de T1 y T2.
• Comparación del rendimiento del complejo de vanadilo con los complejos de vanadio tris (dietileno) previamente reportados en disolvente SO2.

Principales resultados:

• Los complejos de vanadilo 1-4 en SO2 exhibieron valores de T2 de hasta 152 μs, comparables a los principales candidatos a qubits moleculares.
• Se observó un aumento significativo de orden de magnitud en T1 para las especies de vanadil en comparación con los análogos de tris (diotioleno), atribuido a las interacciones mejoradas entre soluto y disolvente.
• Se observó una ligera disminución de T2 para los complejos de vanadil, atribuida a la reducción de la protección de los espines nucleares del disolvente debido a la modificación del ligando.

Conclusiones:

• Los complejos de vanadil representan candidatos prometedores para los qubits moleculares, ofreciendo largos tiempos T1 debido a fuertes interacciones soluto-solvente.
• El diseño de ligandos juega un papel crítico en la sintonización de T1 y T2, equilibrando las interacciones soluto-solvente con los efectos de blindaje.
• Estos hallazgos proporcionan información valiosa para el diseño de qubits moleculares de próxima generación con propiedades de coherencia y relajación optimizadas para QIP.