芝加哥大学艾米丽·艾什福德 研究生伯克·科沃斯、博士后萨姆·贝利斯和研究生彼得·明顿(从左到右)在普利兹克分子工程学院的奥肖洛姆实验室研究量子比特技术
学分:普拉蒂·德布，芝加哥大学 凭借其驾驭量子力学奇异力量的能力，量子位是潜在改变世界技术的基础——比如强大的新型计算机或超精密传感器
量子比特(量子比特的简称)通常由与我们日常电子设备相同的半导体材料制成
但是芝加哥大学和西北大学的一个由物理学家和化学家组成的跨学科团队开发了一种创建定制量子位的新方法:通过化学合成分子，将量子信息编码到它们的磁性或“自旋”状态中
这种新的自下而上的方法可能最终导致量子系统具有非凡的灵活性和控制力，有助于为下一代量子技术铺平道路
“这是一种强大的、可扩展的量子技术的概念证明，”PME普利兹克分子工程学院分子工程利乌家族教授大卫·奥肖洛姆说，他和他的同事、西北大学化学教授欧阳丹丹·弗里德曼一起领导了这项研究
“我们可以利用分子设计技术为量子信息科学创造新的原子级系统
将这两个群体聚集在一起将扩大兴趣，并有可能增强量子传感和计算
" 该研究结果于11月发表
12发表在《科学》杂志上
量子位通过利用一种叫做叠加的现象来工作
虽然传统计算机使用的经典位要么是1，要么是0，但一个量子位可以同时是1和0
该团队希望找到一种新的自下而上的方法来开发分子，其自旋状态可以用作量子位，并且可以很容易地与外部世界接口
为了做到这一点，他们使用有机金属铬分子来创造一个他们可以用光和微波控制的自旋状态
通过用精确控制的激光脉冲激发分子并测量发射的光，它们可以在叠加后“读取”分子的自旋状态——这是在量子技术中使用它们的关键要求 通过合成化学改变这些分子上的几个不同原子，他们还能够改变它们的光学和磁性，突出了定制分子量子位的前景
“在过去的几十年里，半导体中的光学可寻址自旋已经被证明在包括量子增强传感在内的应用中非常强大，”奥沙洛姆说，他也是芝加哥量子交易所的主任和由阿尔贡国家实验室领导的能源部国家量子信息科学研究中心的主任
“将这些系统的物理特性转化为分子结构打开了合成化学的强大工具箱，使我们刚刚开始探索的新功能成为可能
" “我们的结果开辟了合成化学的新领域
弗里德曼说:“我们证明了对对称性和成键的综合控制产生了量子位，可以像半导体中的缺陷一样进行处理。”
“我们自下而上的方法既可以将单个单元功能化为目标应用的“设计量子位”，也可以创建稳定可控的量子态阵列，从而为可扩展的量子系统提供了可能性
" 这些分子的一个潜在应用可能是针对特定分子设计的量子传感器
这种传感器可以发现体内特定的细胞，检测食物何时变质，甚至发现危险的化学物质
这种自下而上的方法也有助于将量子技术与现有的经典技术相结合
“量子技术面临的一些挑战可能可以通过这种非常不同的自下而上的方法来克服，”萨姆·贝利斯说，他是芝加哥大学普利兹克分子工程学院奥肖洛姆小组的博士后学者，也是这篇论文的第一作者
“在发光二极管中使用分子系统是一个革命性的转变；也许类似的事情会发生在分子量子位上
" 丹尼尔·劳伦扎是西北大学的研究生，也是第一作者，他认为化学创新在这个领域有巨大的潜力
“这种对量子位周围环境的化学特异性控制为将光学可寻址分子量子位集成到广泛的环境中提供了一个有价值的特征，”他说
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