Kvantdatorer kan avsevärt öka IT-systemens kapacitet, medför stora förändringar över hela världen. Dock, det är fortfarande en lång väg kvar innan en sådan anordning faktiskt kan konstrueras, eftersom det ännu inte har varit möjligt att överföra befintliga molekylära koncept till teknologier på ett praktiskt sätt. Detta har inte hållit forskare runt om i världen borta från att utveckla och optimera nya idéer för enskilda komponenter. Kemister vid Friedrich Schiller-universitetet i Jena (Tyskland) har nu syntetiserat en molekyl som kan utföra funktionen av en beräkningsenhet i en kvantdator. De rapporterar om sitt arbete i det aktuella numret av forskningstidskriften Kemisk kommunikation .

"För att kunna använda en molekyl som en qubit - den grundläggande informationsenheten i en kvantdator - måste den ha ett tillräckligt långlivat spinntillstånd, som kan manipuleras från utsidan, " förklarar Prof. Dr. Winfried Plass vid Jena University. "Det betyder att tillståndet som är ett resultat av de interagerande spinn av molekylens elektroner, det vill säga spin-tillståndet, måste vara tillräckligt stabil så att man kan gå in och läsa ut information." Molekylen som skapats av Plass och hans team uppfyller just detta villkor.

Denna molekyl är vad som kallas en koordinationsförening, som innehåller både organiska och metalliska delar. "Det organiska materialet bildar en ram, där metalljonerna är placerade på ett mycket specifikt sätt, säger Benjamin Kintzel, som spelade en ledande roll i framställningen av molekylen. "I vårat fall, detta är ett trinukleärt kopparkomplex. Det speciella med det är att inom molekylen, kopparjonerna bildar en exakt liksidig triangel." Endast på detta sätt kan elektronsnurren i de tre kopparkärnorna interagera så starkt att molekylen utvecklar ett spinntillstånd, vilket gör det till en qubit som kan manipuleras utifrån.

"Även om vi redan visste hur vår molekyl skulle se ut i teorin, denna syntes är ändå en ganska stor utmaning, " säger Kintzel. "I synnerhet, att uppnå den liksidiga triangulära positioneringen är svårt, eftersom vi var tvungna att kristallisera molekylen för att karakterisera den exakt. Och det är svårt att förutsäga hur en sådan partikel kommer att bete sig i kristallen." med användning av olika kemiska verktyg och finjusteringsprocedurer, forskarna lyckades nå önskat resultat.

Enligt teoretiska förutsägelser, molekylen skapad i Jena erbjuder en ytterligare grundläggande fördel jämfört med andra qubits. "Den teoretiska konstruktionsplanen för vår kopparförening ger att dess spinntillstånd kan kontrolleras på molekylär nivå med hjälp av elektriska fält, " konstaterar Plass. "Hittills har magnetiska fält har främst använts, men med dessa kan du inte fokusera på enskilda molekyler." En forskargrupp i Oxford, STORBRITANNIEN., som samarbetar med kemisterna från Jena, genomför för närvarande experiment för att studera denna egenskap hos molekylen som syntetiseras vid University of Jena.