一种用于量子计算的分子多量子比特模型系统

分子可以为量子计算机制造有用的系统，但它们必须包含可单独寻址、相互作用的量子位中心。在AngewandteChemie杂志上，一组研究人员现在提出了一个具有三个不同耦合量子比特中心的分子模型。研究小组表示，由于每个中心都是可光谱寻址的，因此可以首次为这种分子多量子比特系统开发量子信息处理(QIP)算法。

计算机使用比特进行计算，而量子计算机使用量子比特(或简称量子比特)。虽然传统的位只能表示0或1，但一个量子位可以同时存储两种状态。这些叠加状态意味着量子计算机可以进行并行计算，如果它使用多个量子比特，它有可能比标准计算机快得多。

然而，为了让量子计算机执行这些计算，它必须能够评估和操纵多量子比特信息。英国曼彻斯特大学的AliceBowen和RichardWinpenny及其同事的研究团队现在已经制作了一种分子模型系统，该系统具有几个独立的量子比特单元，可以通过光谱检测，并且可以通过相互交互来切换其状态.

“在我们提出的分子系统中，不成对的电子而不是原子或光子构成了量子比特中心的基础，”Bowen解释说。“电子具有称为自旋的特性。由于自旋呈现两个可叠加的量子态，因此包含多个电子自旋系统的分子可能用作量子计算的潜在多量子位系统。”

对于他们的分子(包含一个铜离子复合物、一个由七个铬离子和一个镍离子形成的环，以及一个氮氧化合物单元)，研究小组在电子顺磁共振(EPR)光谱中观察到每个量子比特中心的特征信号。“所呈现的结果证明，使用EPR可以独立且可控地处理单个量子比特单元——这是在量子计算中使用多量子比特系统的重要先决条件——使用EPR，”Bowen说。

与目前使用的系统相比，这种分子多量子比特系统可以提供一些优势。迄今为止，量子比特系统主要由超导电路或单个原子或光子产生，需要大量冷却。分子系统可以提供包含多个量子比特单元的优势，这些单元可以通过化学合成轻松更改和重新配置。它们也可以在更高的温度下运行。这为降低量子计算成本提供了机会。