Investigation of Clock Transitions in Single and Coupled Molecular Spin Qubits
单分子自旋量子位和耦合分子自旋量子位中时钟跃迁的研究
基本信息
- 批准号:2300779
- 负责人:
- 金额:$ 52.71万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-06-01 至 2026-05-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
With support from the Chemical Structure, Dynamics & Mechanisms-B (CSDM-B) Program of the Chemistry Division, Professors Mykhailo Shatruk of the Department of Chemistry and Biochemistry and Stephen Hill of the Department of Physics and National High Magnetic Field Laboratory at Florida State University are investigating approaches to magnetic molecules that can serve as qubits for quantum information processing. The project focuses on lanthanide complexes with quantum clock transitions, which can provide protection of the molecular qubits against external magnetic noise and prolong the duration of quantum entanglement – a crucial factor for the implementation of quantum technologies. The project will train junior scientists at the nexus of inorganic chemistry, quantum physics, and materials science, thus contributing to the education of the future quantum workforce. The project team plans to organize a nationwide undergraduate summer school to educate students about magnetic materials. Outreach activities will also involve high-school students and the general public, and are aimed at broadening participation by members of groups underrepresented in physical sciences.Paramagnetic molecular complexes are promising platforms for the development of electron spin qubits, due to the high tunability of their synthesis that allows realization of targeted magnetic parameters. This project will involve the examination of lanthanide complexes as potential electron spin qubits, with a focus on quantum clock transitions (QCTs) that emerge from the opening of quantum tunneling gaps due to mixing of ground doublet states generated by crystal field splitting. At the QCT, electron spin becomes insensitive to the surrounding spin bath, leading to a dramatic increase in the quantum coherence time, thus allowing protection of the entangled state from the magnetic noise. The first stage of this project involves the investigation of mononuclear complexes to identify the most promising QCT systems that demonstrate the desired values of tunneling gap and coherence time. The second stage will be devoted to connecting such qubits through a photo- or redox-switchable linkers, to make possible quantum gate operations. Advanced characterization methods, including a suite of electron paramagnetic resonance techniques, far-infrared magnetic spectroscopy, inelastic neutron scattering, and theoretical modeling will be used to investigate the molecular qubits and guide further synthetic efforts.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
在化学结构、动力学机制-B(CSDM-B)化学部项目的支持下,佛罗里达州立大学化学和生物化学系的Mykhailo Shatruk教授和物理系和国家高磁场实验室的Stephen Hill教授正在研究可以作为量子信息处理的量子比特的磁性分子的方法。 该项目的重点是具有量子时钟跃迁的镧系元素络合物,它可以保护分子量子比特免受外部磁噪声的影响,并延长量子纠缠的持续时间-这是实现量子技术的关键因素。 该项目将培养无机化学、量子物理和材料科学的初级科学家,从而为未来量子劳动力的教育做出贡献。 项目组计划组织一个全国性的本科生暑期学校,对学生进行磁性材料方面的教育。 此外,还将开展高中生和公众参与的外联活动,旨在扩大物理科学领域代表性不足的群体的参与。顺磁性分子复合物是开发电子自旋量子比特的有前途的平台,因为其合成的高度可调谐性可以实现目标磁性参数。 该项目将涉及镧系元素络合物作为潜在电子自旋量子比特的检查,重点是量子时钟跃迁(QCT),这些跃迁是由于晶体场分裂产生的基态双重态的混合而引起的量子隧穿间隙的打开而出现的。 在QCT,电子自旋变得对周围的自旋池不敏感,导致量子相干时间的急剧增加,从而允许保护纠缠态免受磁噪声的影响。 该项目的第一阶段涉及单核复合物的调查,以确定最有前途的QCT系统,证明隧道间隙和相干时间的期望值。 第二阶段将致力于通过光或氧化还原可切换的连接器连接这些量子位,以实现量子门操作。 先进的表征方法,包括一套电子顺磁共振技术,远红外磁光谱,非弹性中子散射和理论建模将被用于研究分子量子位,并指导进一步的合成工作。该奖项反映了NSF的法定使命,并已被认为是值得通过评估使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准的支持。
项目成果
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会议论文数量(0)
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