Des de fa un temps, la ciència busca viabilitat per al desenvolupament de dispositius basats en bits quàntics (qubits), unitats bàsiques d’un ordinador quàntic. En materials magnètics, un possible qubit el proporciona l’espín –propietat quàntica de les partícules elementals com l’electró. En aquest context, el control elèctric de l’espín ofereix importants avantatges per al desenvolupament de la computació quàntica i, en general, de les tecnologies quàntiques.
Un equip internacional d’investigació amb participació de l’ICMol ha fet un pas endavant en aquest camp en aconseguir assolir aquest repte utilitzant nanoimants moleculars.
“Experimentalment, posem un vidre format per aquests nanoimants moleculars entre dos elèctrodes separats 2 mm; apliquem un voltatge de 200 V durant uns microsegons i, amb el camp elèctric generat, controlem l’estat quàntic de les molècules, la qual cosa ens obre una via independent de comunicació entre elles”, assenyala Alejandro Gaita-Ariño, investigador de l’ICMol. “El fet que els circuits electrònics estiguen tan ben desenvolupats, fins i tot a nivell nanotecnològic, ens serveix de model per preparar dispositius quàntics basats en molècules magnètiques”, afegeix.
L’estudi publicat ara a Nature Physics analitza un nanoimant molecular en el qual una petita distorsió estructural estableix transicions entre estats quàntics, anomenades ‘de rellotge atòmic’, que estan protegides del soroll magnètic. Això permet minimitzar la decoherència i controlar així la informació fins a un grau sense precedents. Els investigadors mostren el control elèctric coherent de l’estat d’espín quàntic i l’exploten per manipular de manera independent les dues molècules magnèticament idèntiques, però orientades de manera oposada. “Això ens permet aprofitar per primera vegada el potencial del camp elèctric com un actor clau per al control dels qubits”, comenta José J. Baldoví, membre de l’equip. “L’avantatge de la nostra aproximació és que, en contra del que succeeix amb els camps magnètics, un camp elèctric pot permetre controlar de forma ràpida i en la nanoescala l’estat quàntic dels qubits d’espín”, postil·la Eugenio Coronado, investigador de l’ICMol i membre també de l’equip.
Aquests descobriments aplanen el camí per a l’ús dels espins moleculars en les tecnologies quàntiques. A més de científics de la Universitat de València, participen en l’estudi investigadors de la Universitat d’Òxford. La investigació es produeix en el marc del projecte FATMOLS (FAult Tolerant MOLecular Spin processor), dut a terme per l’únic consorci europeu que treballa en el desenvolupament de la computació quàntica basada en el magnetisme molecular i que compta amb finançament de les ajudes europees FET-open Challenging Current Thinking.
Referència:
Quantum coherent spin-electric control in a molecular nanomagnet at clock transitions. Junjie Liu, Jakub Mrozek, Yan Duan, Aman Ullah, José J. Baldoví, Eugenio Coronado, Alejandro Gaita-Ariño, Arzhang Ardavan. Nature Physics
DOI: https://www.nature.com/articles/s41567-021-01355-4