Operaciones de puertas cuánticas en un par de electrones de espín-qubit fotogenerado espectralmente direccionable

Área de la Ciencia:

• Ciencia de la información cuántica
• Química del espín molecular
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• La generación de espines de electrones entrelazados en sistemas moleculares es crucial para la computación cuántica.
• Los desafíos en la direccionabilidad del spin-qubit incluyen grandes acoplamientos hiperfinos y g-anisotropía.
• La dificultad para manipular los giros surge de los anchos de banda de pulso de microondas limitados.

Objetivo del estudio:

• Para superar los desafíos en la direccionabilidad y manipulación de spin-qubit.
• Desarrollar un sistema molecular para la generación eficiente de pares de espín-qubit entrelazados (SQPs).
• Para demostrar las operaciones de puerta de un solo y dos qubits para algoritmos cuánticos.

Principales métodos:

• Sintetizó una molécula de donante-aceptor (D-A1-A2) con acoplamientos hiperfinos reducidos.
• Se utilizó peri-xantenoxanteno totalmente deuterado (PXX), naftalenemonoimida (NMI) y un derivado de C60.
• Se empleó fotoexcitación selectiva, alineación en cristales líquidos (5CB) a temperaturas criogénicas y manipulación de pulsos por microondas.

Principales resultados:

• Se logró una transferencia de electrones subnanosegundo en dos pasos para generar PXX•+−d9−NMI−C60•− SQPs de larga vida.
• Se observaron resonancias de espín de electrones estrechas y bien resueltas debido a la alineación molecular.
• Se han demostrado con éxito las operaciones de puerta de un solo qubit y de puerta de dos qubits controlada-NOT (CNOT).

Conclusiones:

• El sistema molecular desarrollado reduce significativamente los acoplamientos hiperfinos, mejorando la direccionabilidad del spin-qubit.
• El control preciso de los espines de los electrones se logró utilizando pulsos de microondas a medida.
• Este trabajo proporciona una plataforma viable para implementar puertas cuánticas esenciales para la computación cuántica.