Tiempos de vida muy largos de los qubits de temperatura ambiente de las estructuras orgánicas covalentes

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La computación cuántica
• Química orgánica

Sus antecedentes:

• Los qubits de espín de electrones moleculares ofrecen propiedades sintonizables y coherencia cuántica a temperatura ambiente.
• La integración en matrices de estado sólido puede mejorar el rendimiento de los qubits para las tecnologías de información cuántica.

Objetivo del estudio:

• Demostrar los marcos orgánicos covalentes (COF) como matrices programables para los qubits de radicales orgánicos.
• Para optimizar las interacciones spin-phonon y spin-spin para mejorar el rendimiento de los qubits.
• Explorar el potencial de los COF para la detección cuántica a temperatura ambiente.

Principales métodos:

• Utilizó dos marcos de éster de boronato, COF-5 y COF-108, para albergar qubits radicales semicinones.
• Tiempos de relajación del giro investigados (T1) a temperatura ambiente (298 K).
• Métodos de desacoplamiento dinámico aplicados para mejorar la coherencia cuántica y permitir la detección de espín nuclear.

Principales resultados:

• Se han logrado tiempos de relajación de espín ultralargos (T1 > 300 μs) a temperatura ambiente, superando a la mayoría de los qubits moleculares.
• Relajación de espín suprimida atribuida a estructuras de COF rígidas y neutras y distribuciones de espín centradas en el carbono que debilitan el acoplamiento de espín-fonón.
• Detección a temperatura ambiente de los espines nucleares (1H, 11B, 13C) mediante desacoplamiento dinámico.

Conclusiones:

• COF establecidos como materiales cuánticos de diseño para aplicaciones cuánticas avanzadas.
• Demostró el potencial de los COF para los qubits moleculares estables y de alto rendimiento en condiciones ambientales.
• Abrió nuevas vías para la detección cuántica de espines nucleares a temperatura ambiente.