Une molécule de communication quantique prometteuse
Une molécule organique contenant un métal sensible à la lumière réagit à la lumière infrarouge - vers une utilisation pratique dans les technologies quantiques
Une famille de molécules connues pour absorber les rayons et fléchir - il est donc normal que cet été, une équipe internationale utilisant les propriétés pulsées des lasers optiques ultrarapides et des sources de lumière synchrotron comme PETRA III à DESY puisse publier de nouvelles découvertes à leur sujet. Cette famille de molécules, peu coûteuses à synthétiser, est considérée comme de bons candidats pour devenir des unités de transfert de l'information quantique. On savait déjà que les molécules changeaient de forme lorsqu'elles étaient exposées à la lumière visible. L'équipe a approfondi ses connaissances sur les composés en reproduisant leur comportement à la lumière infrarouge, la forme de lumière utilisée dans les fibres optiques et donc dans les applications. Les résultats, qui élargissent encore la possibilité d'utiliser ces molécules dans les technologies quantiques, sont publiés dans la revue Chemical Science de la Royal Society of Chemistry.
L'information quantique est une propriété inhérente aux particules élémentaires. Cette information est présentée à travers une variété de caractéristiques de la particule, y compris la direction du spin de la particule. Ces caractéristiques peuvent être transférées à d'autres particules. La molécule utilisée dans cette expérience est un composé synthétique sensible à la lumière, basé sur un anneau de deux ions de fer et de quatre ligands organiques. Les ions fer sont normalement dans un état dit de faible spin. Lorsque les ions reçoivent une information de spin d'une autre particule - telle qu'une particule de lumière, ou photon - ils peuvent passer à un état de spin élevé. La conversion de l'état de spin faible à l'état de spin élevé entraîne le déplacement d'une grande partie organique de la molécule liée à l'ion. Ce mouvement est le produit de la traduction de l'information quantique, ce qui signifie qu'il peut fonctionner comme une sorte d'interrupteur moléculaire détaillé - potentiellement un composant très utile.
"La molécule est, du point de vue des matériaux, très bon marché - elle est à peu près aussi bon marché que le plastique", explique l'auteur principal de l'étude, Simone Techert, scientifique en chef de DESY et professeur à l'université de Göttingen. "Nous savions qu'il réagissait à la lumière visible, mais personne n'avait confirmé qu'il pouvait également réagir à la lumière infrarouge. La lumière infrarouge est importante car dans les technologies quantiques, on utilise de la lumière infrarouge pulsée à travers des fibres optiques. Cela soulève toutefois un problème : la lumière visible est plus énergétique que la lumière infrarouge, ce qui signifie qu'il faudrait plus de photons infrarouges pour déclencher le même effet sur les ions de fer de la molécule. "La lumière infrarouge de plus forte intensité risquait d'endommager la molécule", explique M. Techert.
M. Techert et son équipe ont utilisé la source de lumière PETRA III et un laser infrarouge pour examiner en détail la réaction de la molécule. Grâce à la spectroscopie, l'équipe a pu suivre l'absorption de deux photons par l'ion de fer et le mouvement du ligand qui en résulte. La grille de fer fonctionne comme un circuit dans la molécule, en ce sens que les ions de fer "parlent" par le biais de leur spin", explique Jose Velazquez-Garcia, premier auteur de l'étude et post-doctorant dans le groupe de Techert à DESY. Il s'agit d'un échange spécifique d'informations quantiques, qui est modifié par la lumière entrante, ce qui signifie que de nombreux signaux différents pourraient sortir de la molécule - pas seulement un interrupteur marche-arrêt ou même un interrupteur à quatre voies basé sur les ions de fer, mais plutôt un signal beaucoup plus complexe et nuancé. Les prochains essais permettront d'analyser plus en détail ces effets quantiques et de rendre l'environnement encore plus proche d'une situation d'application.
"Nous avons montré que cette molécule peut transférer des informations quantiques de manière pratique", explique M. Techert. "Je suis certain que des personnes intelligentes pourront un jour la transformer en un élément d'un ordinateur quantique.
L'équipe était composée de chercheurs de DESY, de l'université de Göttingen et de son centre de recherche collaborative CRC1073 "Atomic Scale Control of Energy Conversion", de l'université de Hambourg et de son pôle d'excellence "CUI - Advanced Imaging of Matter", de l'université de Potsdam en Allemagne et du laboratoire national d'Argonne aux États-Unis.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Jose de Jesus Velazquez-Garcia, Krishnayan Basuroy, Joanne Wong, Serhiy Demeshko, Franc Meyer, Insik Kim, Robert Henning, Yannic U. Staechelin, Holger Lange, Simone Techert; "Out-of-equilibrium dynamics of a grid-like Fe(
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