פיזיקאים חושפים דרך חדשה למחשוב קוונטי: תאורת אינפרא אדום

פיזיקאים ב-TU Graz קבעו שניתן לעורר מולקולות מסוימות על ידי פולסים של אור אינפרא אדום כדי ליצור שדות מגנטיים קטנים. אם גם ניסויים ניסיוניים יצליחו, טכניקה זו עשויה להיות מיושמת במעגלי מחשב קוונטיים.

כאשר מולקולות סופגות אור אינפרא אדום, הן מתחילות לרטוט כשהן מקבלות אנרגיה. אנדריאס האוזר מהמכון לפיזיקה ניסויית באוניברסיטת גראץ לטכנולוגיה (TU Graz) השתמש בתהליך המובן היטב הזה כבסיס לבדיקה האם ניתן לרתום את הרעידות הללו לייצור שדות מגנטיים. מכיוון שגרעיני אטום נושאים מטען חיובי, תנועתם של חלקיקים טעונים אלו מביאה ליצירת שדה מגנטי.

באמצעות הדוגמה של פתלוציאנינים מתכת – מולקולות צבע מישוריות בצורת טבעת – אנדראס האוזר וצוותו חישבו כעת שבגלל הסימטריה הגבוהה שלהן, מולקולות אלו למעשה יוצרות שדות מגנטיים זעירים בטווח הננומטר כאשר פעימות אינפרא אדום פועלות עליהן.

לפי החישובים, צריך להיות אפשרי למדוד את עוצמת השדה הנמוכה למדי אך המדויקת ביותר באמצעות ספקטרוסקופיה של תהודה מגנטית גרעינית. החוקרים פרסמו את תוצאותיהם ב- כתב העת של האגודה האמריקנית לכימיה.

ריקוד מעגלי של המולקולות

לצורך החישובים, הצוות התבסס על עבודה מקדימה מימיה הראשונים של ספקטרוסקופיה הלייזר, שחלקם היו בני עשרות שנים, והשתמש בתיאוריית מבנה האלקטרונים המודרנית על מחשבי-על באשכול המדעי של וינה וב-TU Graz כדי לחשב כיצד מתנהגות מולקולות phthalocyanine כשהן מוקרנות באמצעות אור אינפרא אדום מקוטב מעגלי. מה שקרה הוא שגלי האור המקוטבים בצורה מעגלית, כלומר מעוותת סליל, מעוררים שתי תנודות מולקולריות בו-זמנית בזווית ישרה זו לזו.

"כמו שכל זוג רוקד רומבה יודע, השילוב הנכון של קדימה-אחורה ושמאל-ימין יוצר לופ קטן וסגור. והתנועה המעגלית הזו של כל גרעין אטום מושפע למעשה יוצרת שדה מגנטי, אבל רק באופן מקומי מאוד, עם ממדים בטווח של כמה ננומטרים", אומר אנדראס האוזר.

מולקולות כמעגלים במחשבים קוונטיים

על ידי מניפולציה סלקטיבית של האור האינפרא אדום, ניתן אפילו לשלוט בעוצמתו ובכיוון השדה המגנטי, מסביר אנדראס האוזר. זה יהפוך את המולקולות למתגים אופטיים בעלי דיוק גבוה, שאפשר אולי להשתמש בהם גם לבניית מעגלים למחשב קוונטי.

ניסויים כשלב הבא

יחד עם עמיתים מהמכון לפיזיקה של מצב מוצק ב-TU Graz וצוות מאוניברסיטת גראץ, אנדריאס האוזר רוצה כעת להוכיח בניסוי שניתן ליצור שדות מגנטיים מולקולריים בצורה מבוקרת.

"להוכחה, אבל גם ליישומים עתידיים, יש להניח את מולקולת הפתלוציאנין על משטח. עם זאת, זה משנה את התנאים הפיזיקליים, אשר בתורו משפיעים על העירור המושרה על ידי האור ועל המאפיינים של השדה המגנטי", מסביר אנדראס האוזר. "לכן אנו רוצים למצוא חומר תמיכה בעל השפעה מינימלית על המנגנון הרצוי."

בשלב הבא, הפיזיקאי ועמיתיו רוצים לחשב את האינטראקציות בין הפתלוציאנינים שהופקדו, החומר התומך והאור האינפרא אדום לפני שמעמידים את הגרסאות המבטיחות ביותר למבחן בניסויים.

המחקר מומן על ידי קרן המדע האוסטרית.