Tek molekülde spin, mikrodalgayla denetlendi ve ışıkla okundu
Araştırmacılar, konak kristal içindeki tek organik molekülde spin kübitiyle ışık arasında bağlantı kurdu. Hakemli deney, 4,5 kelvinde ışıkla hazırlama ve okumayı mikrodalga denetimiyle birleştirdi. Koruyucu darbe dizileri, kuantum uyum süresini yaklaşık 2,2 milisaniyeye çıkardı. Tek tek seçilebilen moleküler arayüz, kuantum donanımı için bir bileşen gösterimi sağlıyor; ışık yayma verimi ve çalışma sıcaklığı, geliştirilmesi gereken özellikler arasında bulunuyor.
Bilim··Akşam
Kristaldeki moleküler kübit tek tek seçilebiliyor
Hakemli bir laboratuvar deneyinde tek organik molekül, spin kübitinin ışıkla hazırlanmasını ve okunmasını mikrodalgayla denetimle birleştirdi. Kuantum teknolojileri şirketi NVision Quantum Technologies, Ulm Üniversitesi ve Kudüs İbrani Üniversitesinden araştırmacılar, yapısına uygun bir keton konak kristalinde tutulan karben molekülünü kullandı. Spin, parçacığın içsel açısal momentumunu; kübit ise kuantum bilgisinin temel birimini ifade ediyor. Işık molekülü etkinleştiriyor, spin durumunu hazırlıyor ve yanıtı okuyor. Mikrodalgalar da spini değiştiriyor. Fotonların birlikte algılanmasına ilişkin ölçümler, tek bir ışık yayıcıyla uyumluydu. Deney 4,5 kelvinde yürütüldü. Sonuçlar, bu molekül ve konak birleşiminin çok düşük sıcaklıktaki davranışını ortaya koyuyor. Kristal çevresinin seçilmesi, molekülün tek tek adreslenebilir bir ışık ve spin arayüzü olarak incelenmesini sağladı. Kimyasal olarak tasarlanabilen bu yapı, molekül topluluklarının ortalama davranışını ölçmenin ötesine geçen bir deney sundu.[1], [2]
Koruyucu darbeler uyumu milisaniyelere uzatıyor
Çevredeki bozucu etkileri azaltan dinamik ayrıştırma darbeleri, spin durumunun kuantum uyum süresini yaklaşık 2,2 milisaniyeye uzattı. Spinin gevşeme süresi ise 21 milisaniye olarak ölçüldü. Bu iki büyüklük, spin durumunun korunmasının farklı yönlerini tanımlıyor. Optik ölçümler, aynı molekülün ne kadar kararlı biçimde seçilebildiğini de inceledi. Tek molekülde çizgi genişliği 38 megahertz oldu; çizgilerin konumları bir saatten uzun süre kararlılığını korudu. Bu kararlılık, spin durumuyla tekrarlanabilir bir optik sinyal arasında bağlantı kurulması bakımından önem taşıyor. Moleküllerin kimyasal olarak tasarlanabilmesi, atom yapısı üzerinde ayrıntılı denetim sunuyor. Ancak okunabilir optik geçişlerle uzun ömürlü spin durumlarının aynı yapıda birleştirilmesi güçlüğünü koruyor. Koruyucu darbe dizisi, aynı sistemdeki basit yankı ölçümüne göre daha uzun bir uyum süresi sağladı. Böylece çevrenin etkisini azaltan denetimin, molekülün ölçülen davranışındaki rolü de ortaya çıktı.[1], [2]
Işık yayma verimi arayüz tasarımının parçası
Toplam kuantum verimi yaklaşık yüzde 10,8 olarak belirlendi. İki belirgin optik çizgi, ışınımın yaklaşık yüzde 19'unu taşıyordu. Bunlar ışık üretiminin farklı aşamalarını tanımlayan oranlar; ölçülen spin ömürlerinden ayrı özellikler. Titreşim uyarımının değişmediği sıfır fonon çizgisine birleşik ışık yayma verimi yaklaşık yüzde 2,1 olarak hesaplandı. Parlaklık, kuantum verimi ve çalışma sıcaklığı, geliştirilmesi gereken alanlar arasında bulunuyor. Gösterilen optik arayüz elektron spinini kullanıyor. Moleküldeki çekirdek spinlerinin daha uzun ömürlü bellek görevi görmesi amaçlanıyor; bunun için ek çalışma gerekiyor. Deney, tek ışık yayıcıya dayanan kuantum optiği için bir bileşen ortaya koydu; uzak moleküller arasında dolanıklık veya çalışan bir kuantum ağı göstermedi. Molekülün kimyasal esnekliği, daha iyi bağlaşımın ve uygun konak ortamlarının araştırılmasına olanak sağlıyor. Optik çizginin ölçülen genişliğinin doğal çizgi genişliğini aşması da geliştirme çalışmaları açısından değerlendirilen özellikler arasında yer alıyor.[1], [2]
