Nouvelles voies pour les technologies quantiques : contrôle optique des spins nucléaires dans les molécules
Les systèmes moléculaires peuvent être chimiquement adaptés sur mesure et pourraient ainsi permettre des qubits d'une précision atomique
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Une équipe de recherche de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) a réalisé un progrès important en physique quantique et dans la recherche sur les matériaux : Pour la première fois, des spins nucléaires ont pu être initialisés, contrôlés et lus optiquement dans un matériau moléculaire. Les spins nucléaires sont considérés comme des porteurs particulièrement stables d'informations quantiques en raison de leur faible interaction avec l'environnement. Les résultats montrent que les spins nucléaires moléculaires peuvent être un élément prometteur pour les futures technologies quantiques. Publication dans Nature Materials.
La résonance magnétique nucléaire (RMN, Nuclear Magnetic Resonance) est une méthode d'analyse bien établie pour étudier les matériaux et les molécules. Elle va de l'analyse chimique au traitement de l'information quantique. Dans une étude récente, des chercheurs du KIT ont examiné un cristal moléculaire contenant des ions d'europium. Ces ions possèdent des transitions optiques particulièrement étroites qui permettent un accès direct aux états de spin nucléaire. À l'aide d'une lumière laser, ils ont d'abord pu transférer les spins nucléaires dans des états définis et ensuite les lire optiquement.
Outre l'adressage optique, les chercheurs ont utilisé des champs à haute fréquence pour contrôler les spins et les protéger des influences perturbatrices de l'environnement. Ils ont ainsi obtenu une cohérence quantique des spins nucléaires avec une durée de vie allant jusqu'à deux millisecondes, un intervalle de temps pendant lequel un système quantique conserve un état mécanique quantique bien défini.
Les spins nucléaires, porteurs stables d'informations quantiques
"Ces résultats montrent que les matériaux moléculaires peuvent constituer une plateforme prometteuse pour les futurs composants quantiques", explique le professeur David Hunger de l'Institut de physique du KIT. "Ce qui est particulièrement avantageux, c'est que nous pouvons ici adresser les spins nucléaires sans les spins électroniques perturbateurs. Cela permettra à l'avenir de réaliser des registres de qubits particulièrement stables et denses".
Les cristaux moléculaires étudiés ont été synthétisés par des chercheurs de l'Institut des matériaux et technologies quantiques et de l'Institut de nanotechnologie du KIT, au sein du groupe de recherche du professeur Mario Ruben, et caractérisés en détail quant à leur aptitude à servir de plateforme quantique.
Des molécules sur mesure pour des qubits d'une précision atomique
À long terme, les spins nucléaires adressables optiquement dans les molécules ouvrent de nouvelles perspectives pour le développement d'ordinateurs quantiques évolutifs. Les systèmes moléculaires peuvent être chimiquement taillés sur mesure et pourraient ainsi permettre des qubits d'une précision atomique. La résonance magnétique nucléaire détectée optiquement (ODNMR) permet en outre de réaliser de nouvelles méthodes RMN à haute résolution, qui permettront à l'avenir d'étudier en détail des matériaux complexes.
Les résultats de la recherche soulignent ainsi le grand potentiel des systèmes moléculaires pour les futures technologies quantiques et fournissent une étape importante vers des systèmes de traitement quantique optiquement interconnectables.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Allemand peut être trouvé ici.
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