Вчені придушили молекулярний рух, зробивши квантові технології доступнішими

Японські вчені досягли квантової когерентності при кімнатній температурі. Дослідження демонструє можливість підтримання чітко визначеного квантового стану, не порушеного зовнішніми впливами на Землі.

Ключем до відкриття стало з'єднання хромофора – молекули барвника, що поглинає світло – та метал-органічного каркасу (metal-organic frameworks, MOF, МОК), нанопористого кристалічного матеріалу, що складається з іонів металу та органічних лігандів.

Хоча когерентність нині спостерігається протягом наносекунд, результати роботи закладають основу майбутніх квантових обчислень і датчиків. Фахівці вбудували хромофор у МОК, створивши унікальне середовище для квантової когерентності.

Квантова когерентність має вирішальне значення для технологій квантових обчислень та датчиків. Але досі вона була недосяжною за кімнатної температури. Інновація команди полягає у придушенні молекулярного руху шляхом введення хромофора на основі пентацену – поліциклічного ароматичного вуглеводню – у МОК типу UiO.

Завдяки хромофорам, що щільно скупчилися, і обмеженому куту обертання, ця структура МОК дозволила дослідникам досягти квантової когерентності при кімнатній температурі, яка ніколи раніше не досягалася.

Порушення електронів мікрохвильовими імпульсами дозволило виявити квантову когерентність стану, що тривала понад 100 наносекунд. Хоча це може здатися швидкоплинною миттю, це величезний крок вперед на шляху до створення матеріалів, здатних ефективно генерувати безліч кубитів при кімнатній температурі.

Вчені прогнозують, що в майбутньому багатокубітні стани мультиекситонів можуть бути ефективно згенеровані шляхом пошуку молекул-гостей, що викликають пригнічений рух, і проходитимуть розробки відповідних структур МОК. Такий прогноз відкриває захоплюючу перспективу молекулярних квантових обчислень за кімнатної температури на основі управління множинними квантовими вентилями і квантових датчиків різних цільових сполук.

Квантові обчислення, проголошені наступним великим технологічним проривом, наблизилися до реальності завдяки дослідженню вчених. Квантові датчики, що використовують квантові властивості кубитів, обіцяють більш високу роздільну здатність і чутливість у порівнянні з традиційними методами, що ознаменує зміну парадигми технологій, які раніше вважалися можливими лише за екстремально низьких температур.

Оскільки ми стоїмо на порозі квантової революції, квантова когерентність станів квінтетів за кімнатної температури може стати ключем до розкриття всього потенціалу квантових технологій.

Раніше стало відомо, що вчені зі США збільшили час когерентності свого нового типу кубіту до вражаючих 0,1 мілісекунди, що майже в тисячу разів перевершує попередній рекорд. На відміну від традиційних кубітів на заряді електрона, ці кубіти можуть виконувати 10 000 операцій із високою точністю та швидкістю.

А гарвардські фахівці повідомили про практично бездоганну роботу своїх двокубітних вентилів із надзвичайно низькими коефіцієнтами помилок. Вперше вченим вдалося заплутати атоми з показниками помилок нижче 0,5%, що ставить їхню технологію на один щабель з іншими провідними типами квантових обчислювальних платформ.