Mejora de los tiempos de coherencia de los cúbitos y cúbitos moleculares cromóforos-radicales por diseño racional

Área de la Ciencia:

• Ciencia de la información cuántica
• Dinámica de espín molecular
• Química de los materiales

Sus antecedentes:

• Los largos tiempos de coherencia son esenciales para las operaciones cuánticas efectivas.
• Los qubits de espín molecular y los qudits ofrecen potencial para el procesamiento de información cuántica.
• Comprender las relaciones estructura-propiedad es clave para mejorar el rendimiento de los qubits moleculares.

Objetivo del estudio:

• Investigar la influencia de la estructura molecular en los tiempos de coherencia de los qubits y qudits de espín molecular.
• Desarrollar una estrategia de diseño racional para mejorar los tiempos de coherencia en los sistemas de espín molecular.
• Para sintetizar y caracterizar nuevas moléculas de radicales de perilendiimida-nitróxido para aplicaciones cuánticas.

Principales métodos:

• Síntesis de cromóforos de perilenodiimida (PDI) vinculados covalentemente a los radicales estables de óxido nitroso.
• Investigación mediante espectroscopia de resonancia paramagnética de electrones de pulso (EPR).
• Adaptación de la estructura molecular mediante la deuteración selectiva y la eliminación del movimiento intramolecular.

Principales resultados:

• La fotoexcitación de PDI crea estados de cuarteto excitado (Q) y doble polarizado por espín (D0).
• Tiempos de coherencia alcanzados de T_m = 9,1 ± 0,3 μs para D0 y 4,2 ± 0,3 μs para Q a 85 K.
• Demostró una mejora de casi 3 veces en los tiempos de coherencia en comparación con los diseños moleculares iniciales.

Conclusiones:

• La estructura molecular impacta significativamente los tiempos de coherencia en los qubits de espín y los qudits.
• El diseño estructural racional, incluida la deuteración y la supresión del movimiento, extiende efectivamente los tiempos de coherencia.
• El protocolo desarrollado proporciona una vía para crear qudits/qubits de espín molecular avanzados con un rendimiento mejorado.