NVision Quantum Technologies entwickelt Qubit aus organischem Molekül

Ein Forschungsteam aus Ulm hat ein neuartiges Qubit aus einem einzelnen organischen Molekül entwickelt, das in einen Wirtskristall eingebettet ist. Das im Fachmagazin »Nature« vorgestellt System speichert Quanteninformationen bis zu 2,2 Millisekunden lang und dient zugleich als stabile Schnittstelle für das künftige Quanteninternet.

Bislang stützen sich Quantencomputer auf physikalische Systeme, die von Natur aus quantenmechanische Eigenschaften besitzen. Dazu gehören Atomen, Ionen, Lichtteilchen oder spezielle Defekte in Diamanten. Ein Forschungsteam aus Ulm wählte nun einen anderen Ansatz und designte ein organisches Molekül am Reißbrett, um die strengen Anforderungen eines Quantenbits zu erfüllen. Nach der Modellierung von rund 200 Kandidaten und der Synthese von mehr als 40 Varianten gelang dem Team der Entwurf eines maßgeschneiderten Systems, wie im Fachmagazin »Nature« berichtet wird.

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Synthese und Kontrolle von Carbenen durch NVision Quantum Technologies

Das von Forschenden des Ulmer Start-ups NVision Quantum Technologies entwickelte Qubit basiert auf einem speziellen Carben, einem Molekül, das zwei ungepaarte Elektronen besitzt. Da Carbene äußerst reaktionsfreudig sind, lassen sie sich nicht direkt im Reagenzglas herstellen oder lagern. Das Team integrierte stattdessen zunächst ein stabiles Vorläufermolekül in einen Wirtskristall, welcher elektrische Störungen minimiert und die optischen Eigenschaften stabilisieren soll.

Durch einen gezielten Laserimpuls aktivierten die Wissenschaftler das System anschließend. Der Impuls entfernt ein Stickstoffmolekül und erzeugt so das Carben, welches als eigentliches Qubit fungiert. Der Elektronenspin dieses Moleküls lässt sich mit Mikrowellen kontrollieren und über Laserlicht auslesen. Laut den Messungen bleibt der Quantenzustand bis zu 2,2 Millisekunden lang erhalten, was für molekulare Qubits einen Rekordwert darstellt und mehr als eine Größenordnung besser ist als frühere Ergebnisse.

Nächste Schritte für den Einsatz im Quanteninternet

Gleichzeitig senden die Moleküle scharf definierte und stabile Lichtsignale aus. Solche Photonen bilden eine wesentliche Voraussetzung, um künftig weit voneinander entfernte Qubits miteinander zu verschränken und zahlreiche kleinere Quantenprozessoren zu einem großen Netzwerk zu verbinden. Bis zu einem praktischen Quantencomputer ist die Technologie noch weit entfernt. Als Nächstes planen die Forschenden, die Moleküle in photonische Chips zu integrieren und Verschränkungen zwischen verschiedenen Qubits zu demonstrieren.

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