Ricercatori del gruppo di Magnetismo Molecolare del Dipartimento di Fisica e Scienze della Terra hanno recentemente pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature Communications un lavoro realizzato relativo alla computazione quantistica in collaborazione con il gruppo di chimici guidato dal prof. R. Winpenny dell’Università di Manchester.L’individuazione di sistemi adatti ad implementare algoritmi di computazione quantistica costituisce una delle sfide più importanti della ricerca nel campo delle nanoscienze. Dagli spin nucleari ai quantum dots, dai fotoni ai circuiti superconduttori, diversi sistemi fisici si candidano a diventare “qubit”, le unità elementari di un futuro calcolatore quantistico.Tra essi hanno attratto grande interesse i Nanomagneti Molecolari, cluster contenenti metalli di transizione che li rendono simili a nano-calamite. In particolare, l’anello Cr7Ni, che a bassa temperatura si comporta come un sistema a due livelli, rappresenta un qubit ideale: gli stati logici 0 e 1 possono essere codificati nelle due polarizzazioni della calamita molecolare e risultano sostanzialmente protetti dall’interazione con l’ambiente esterno. Un importante punto di forza di questi sistemi risiede nell’elevato grado di controllo permesso dalla chimica di coordinazione: diversi qubit molecolari possono infatti essere connessi magneticamente tra loro in modo che le interazioni siano adatte all’implementazione di algoritmi di computazione quantistica.Lo studio propone due diversi metodi per l’implementazione di operazioni logiche elementari di computazione quantistica su coppie di Cr7Ni, opportunamente legati in strutture supramolecolari e riporta sistemi appositamente sintetizzati per lo scopo. L’implementazione sullo stesso sistema di operazioni ad uno e a due qubit (in grado di creare stati entangled) richiede la capacità -non banale- di accendere/spegnere l’interazione tra coppie di qubit su una scala di tempo dell’ordine del nanosecondo. Lo studio propone due modi complementari di ottenere questo effetto, tramite un controllo elettrico o magnetico dell’interazione tra coppie di qubit adiacenti, mediata da uno ione Cobalto che agisce come interruttore. Non potendo prevedere gli sviluppi della tecnologia quantistica nell’immediato futuro, risulta importante seguire entrambe queste strade verso la realizzazione di un processore quantistico. J. Ferrando-Soria, E. Moreno-Pineda, A. Chiesa, A. Fernandez, S. Magee, S. Carretta, P. Santini, I. Vitorica-Yrzebal, F. Tuna, G. A. Timco, E. J. L. McInnes and R. E. P. Winpenny, A modular design of molecular qubits to implement universal quantum gates, Nature Communications 7, 11377 (2016)http://www.nature.com/ncomms/2016/160425/ncomms11377/full/ncomms11377.html
