Optisch adressierbare Tritylradikal-basierte molekulare Qubits

• Antragsteller: Professor Dr. Joris van Slageren
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 532763805

Quantentechnologien werden in naher Zukunft grundlegende Veränderungen in die Gesellschaft verursachen, und es wird außerordentlicher Aufwand für dieses Ziel betrieben. Allerdings drohen potenziell unüberwindbare Herausforderungen am Horizont, z. B. mangelnde Skalierbarkeit, mangelnde Maßschneiderbarkeit und mangelnde Positionierbarkeit von Qubits. In OPTRIBITS werden wir die grundlegenden Vorteile paramagnetischer Moleküle für die Anwendung als spinbasierte Qubits in Quantentechnologien nutzen. Es wurde gezeigt, dass Moleküle langanhaltende Kohärenzzeiten im Millisekundenbereich besitzen, mit Leistungszahlen von über 10.000. Moleküle sind nanoskopisch klein und ermöglichen eine Integration in Geräte mit hoher Dichte, was die Miniaturisierung von Quantenbauteilen ermöglicht. Moleküle lassen sich hinsichtlich Spinzuständen, Spinniveau-Strukturen und angeregten Zuständen sehr gut maßschneidern, um sie auf spezifische Ziele der Quantentechnologie abzustimmen. Die Wechselwirkungen zwischen den Qubits können exquisit kontrolliert werden, aufgrund des hohen Maßes an Positionierbarkeit der Qubits in Anordnungen mit wenigen Qubits oder in geordneten Strukturen, was zu klar definierten Wechselwirkungen führt. Das Hauptproblem, das bisher den weitverbreiteten Einsatz von molekularen Qubits verhindert hat, ist der Mangel an bequemer Einzelpartikel-Auslesung. Infolgedessen wurden die meisten Ergebnisse zu molekularen Qubits durch Ensemble-Messungen erzielt, bei denen große Anzahlen identischer Qubit-Kopien verwendet wurden. Dieser Vorschlag zielt darauf ab, diesen Nachteil durch die Entwicklung optisch adressierbarer molekularer Qubits zu beseitigen. Optische Adressierung hat sich aufgrund der Einzelphotonenempfindlichkeit optischer Detektoren ausgiebig als geeignet für die Einzelpartikel-Auslesung erwiesen. Zu diesem Zweck werden wir robuste molekulare Qubits entwerfen, herstellen und untersuchen, die Spinzustände besitzen, die eine Spinpolarisation durch optisches Pumpen ermöglichen, und die sehr leuchtend sind, um eine optische Auslesung zu ermöglichen. In einem zweiten Schritt werden wir an der Geräteintegration arbeiten, indem wir die Qubit-Architekturen auf Goldoberflächen immobilisieren oder hybride Strukturen mit Kohlenstoff-Nanomaterialien schaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Belgien, Frankreich, Spanien
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartnerinnen: Professorin Dr. Sofie Cambré; Dr. Núria Crivillers