Hybrid-Rotaxane für die winzigsten Computer

Herkömmliche Computer verarbeiten und speichern Daten in Form von Bits. Innerhalb eines Bits werden Informationen entweder als eins oder null gespeichert. Quantencomputer werden Quanten-Bits (Qubits) verwenden, die gleichzeitig mehrere Werte zwischen null und eins darstellen können.

Ihre Komplexität eröffnet die Möglichkeit, komplizierte Berechnungen schneller als mit aktuellen modernen Computern durchzuführen. Die Forscher des Projekts HYBROQUBITS (Developing hybrid organic-inorganic rotaxanes for quantum information processing) setzten sich zum Ziel, siliziumunabhängige, nicht-binäre Berechnungen der Wirklichkeit einen Schritt näher zu bringen.

Mit Unterstützung der EU bauten die Forscher auf frühere Projekte auf, die zu winzigen Magneten in molekularen Maschinen führten, welche ohne Anwendung einer externen Kraft zwischen zwei Orten pendeln können. Die Herausforderung bestand darin, viele dieser Bausteine für superschnelle Computer zusammenzubringen.

Das HYBROQUBITS-Team konstruierte zwei Hybridsysteme, welche die physikalischen und chemischen Eigenschaften von sowohl anorganischen als auch organischen Komponenten aufweisen – etwa hohe Leitfähigkeit und magnetische Eigenschaften zur Selbstanordnung. Insbesondere [3]-Rotaxane, welche organische Merkmale durch anorganische Cr7Ni-Ringe aufweisen, wurden mithilfe von supramolekularer Chemie synthetisiert.

Supramolekulare Chemie ermöglicht die Synthese ähnlicher Strukturen aus ähnlichen Bausteinen. Die HYBROQUBITS-Forscher verwendeten Einzelkristall-Röntgenbeugung, um die Strukturen der riesigen hergestellten Rotaxane zu überprüfen. Anschließend beobachteten sie die molekulare Bewegung mithilfe von Magnetresonanzspektroskopie.

Zukünftige Arbeit wird in der Einführung von Methoden bestehen, die Moleküle miteinander zu verbinden, um die Basiseinheiten für einen Quantencomputer zu schaffen und die Wechselwirkungen zwischen Qubits ein- und auszuschalten. Über eine lichtempfindliche organische Komponente soll die Kommunikation zwischen Qubits, die während der Berechnung auf einer einzelnen Achse aufgereiht sind, mithilfe von Licht ein- und ausgeschaltet werden.