A molecular quantum spin network controlled by a single qubit.
A molecular quantum spin network controlled by a single qubit.
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DOI：
10.1126/sciadv.1701116
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发表时间：
2017-08
期刊：
影响因子：
13.6
通讯作者：
Finkler A
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Schlipf L;Oeckinghaus T;Xu K;Dasari DBR;Zappe A;de Oliveira FF;Kern B;Azarkh M;Drescher M;Ternes M;Kern K;Wrachtrup J;Finkler A
分子自旋的控制及其使用固态量子位的读出被描述为量子自旋网络中的晶胞。可扩展的量子技术需要前所未有的精度和复杂性的结合，以设计纳米尺度上良好可控的量子系统的稳定结构。找到一个合适的基本构建块是一项具有挑战性的任务，其中量子网络可以以可扩展的方式组成。我们介绍了这样一个基本单元的工作原理，该单元是使用分子化学设计的，其集体控制和读出是使用金刚石中的氮空位（NV）中心执行的。我们研究的基本单元是合成的聚脯氨酸，其电子自旋位于相距几纳米的附着分子侧基上。我们演示了极少数（≤ 6）个 S = 1/2 电子自旋系统的集体读出和相干操纵，并访问它们的直接偶极耦合张量。我们的结果表明，使用自旋标记肽作为基于分子量子位的网络的资源是可行的，同时通过 NV 磁力测量提供单量子态的简单光学读数。这项工作为使用成熟的化学方法构建任意量子网络奠定了基础，该网络具有许多应用，从绘制单分子距离到量子信息处理。
Control of molecular spins and their readout with a solid-state qubit are described as a unit cell in a quantum spin network. Scalable quantum technologies require an unprecedented combination of precision and complexity for designing stable structures of well-controllable quantum systems on the nanoscale. It is a challenging task to find a suitable elementary building block, of which a quantum network can be comprised in a scalable way. We present the working principle of such a basic unit, engineered using molecular chemistry, whose collective control and readout are executed using a nitrogen vacancy (NV) center in diamond. The basic unit we investigate is a synthetic polyproline with electron spins localized on attached molecular side groups separated by a few nanometers. We demonstrate the collective readout and coherent manipulation of very few (≤ 6) of these S = 1/2 electronic spin systems and access their direct dipolar coupling tensor. Our results show that it is feasible to use spin-labeled peptides as a resource for a molecular qubit–based network, while at the same time providing simple optical readout of single quantum states through NV magnetometry. This work lays the foundation for building arbitrary quantum networks using well-established chemistry methods, which has many applications ranging from mapping distances in single molecules to quantum information processing.
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影响因子：
4.6
作者：
Greiner JN;Dasari DBR;Wrachtrup J
通讯作者：
Wrachtrup J
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Bourgeois E;Jarmola A;Siyushev P;Gulka M;Hruby J;Jelezko F;Budker D;Nesladek M
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Dolde, F.;Jakobi, I.;Wrachtrup, J.
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