量子計算最大障礙獲解：自組裝量子位元立功

長久以來，量子領域的研究人員一直認為，量子位元中強烈的自旋相互作用需要共價鍵，這使得大規模應用充滿挑戰。然而，一項新研究證明，氫鍵也能有效地連線自旋中心，讓分子自旋量子位元的組裝更為容易。藉由超分子化學，此一發現可能會為量子材料的發展帶來重大轉變。

量子位元是量子技術中資訊的基本單位。開發實用的量子應用時，一個關鍵挑戰在於確定這些量子位元該用什麼材料製成。分子自旋量子位元在分子自旋電子學領域，尤其是量子感測方面，具有相當大的發展潛力。在這些系統中，光可以刺激某些材料，產生第二個自旋中心，並觸發光誘發的四重態。

直至目前，科學家們都認為，形成這種四重態所必需的兩個自旋中心之間的強相互作用，只有在自旋中心以共價鍵連線時才有可能。然而，合成這種共價連線的網路既複雜又耗費資源，限制了它們在現實世界量子技術中的實用性。

如今，弗萊堡大學物理化學研究所和斯特拉斯堡大學查爾斯·薩德龍研究所的研究人員首次證明，非共價鍵也能支援高效的自旋通訊。他們利用由苝二醯亞胺發色團和氮氧自由基組成的模型系統，證明瞭這些成分可以在溶液中透過氫鍵自組裝形成功能單元。

這項突破錶明，利用超分子化學可以建立自旋量子位元的有序網路，為量子材料的設計提供了一種更具擴充套件性和靈活性的方法，而無需複雜的合成過程。

弗萊堡大學物理化學研究所的薩賓·裡歇特博士表示：「研究結果顯示出超分子化學在量子研究中開發新型材料方面的巨大潛力。它為研究、擴充套件和最佳化這些系統提供了創新的途徑。因此，這些發現是朝著為分子自旋電子學開發新元件邁出的重要一步。」

參考文獻：Ivan V. Khariushin、Philipp Thielert、Elisa Zöllner、Maximilian Mayländer、Theresia Quintes、Sabine Richert 和 Andreas Vargas Jentzsch 所著的《超分子二元體作為光生量子位元候選物》，發表於2025年1月27日的《自然化學》。DOI：10.1038/s41557-024-01716-5