국가자연과학기금 프로젝트(승인번호: U20A6002, 21822301, 51802346) 등의 지원으로 화남공대 화공과대학 장상달·고송 교수팀은 풀러렌 분자의 광격발태를 이용해 3태양자위상간조종을 구현했다.
연구 결과는 풀러렌 기반 전자 3선형 분자 양자위상간섭과 양자위상간섭(Coherent manipulation and quantum phase interference in a fullerene-based electron triplet molecular qutrit)이라는 제목으로 2021년 2월 15일 '양자정보'(npj Quantum Information)에서 온라인으로 발표됐다(npj Quantum Inf. 2021, 7, 32).
실용화된 양자 컴퓨팅은 역사적 의의를 가진 기술이 될 것이다.
분자에 기반한 다능급 양자위(qudit)는 화학적 수식을 통해 성질 조절과 규모 집적이 용이하다는 점에서 기대를 모으고 있다.
양자비트(즉, 이태 양자위, qubit) 의 연구와 달리 다중 상태 양자위는 더 많은 정보를 저장할 수 있고 복잡한 양자 논리 게이트와 알고리즘 적재체를 충당할 수 있는 능력을 가졌지만 더 높은 양자 공간은 상관계 조작에 도전장을 던졌다.
풀러렌(fullerenes)과 그 유도체는 우수한 양자 일관성 특성을 가지고 있으며 독특한 분자구조 통해 조작 가능한 다중 상태 양자위에 필요한 능급 분포를 제공 할 수 있다.
이 연구진은 C70 분자를 이용해 빛의 자극과 계간 크로스싱(intersystem crossing)을 통해 양자 정보의 의미에 초기화된 전자 스핀 3선형을 얻었다.
이를 바탕으로 펄스 전자순자기공명(pulsed electron paramagnetic resonance, pulsed EPR) 기술을 적용해 전자 스핀 자기 양자수에 기반한 3능급 적층상태를 만들고 양자태의 단층촬영(tomography)을 통해 적층상 밀도행렬을 측정했다.
또한 세 상태 중첩에서 두 개의 독립적 인 위상 인자의 고유 간섭 현상을 보여주고 다형성 양자위가 실제 조건에서 불균일 한 위상 진화 동작을 나타내는 경향이 있다고 지적했다.
이 연구는 분자 격발상태를 이용하여 처음으로 자성 분자 전자 스핀에 기초한 다능급 적층상태를 실현하여 양자 위상 진화 행위를 밝혀냈다.화학분자 설계 방식으로 다능급 양자위 실현을 위한 새로운 노선을 제시하며 그가 가진 분자공학적 기초를 짚어냈다.
그림 1: C70 분자광을 이용한 3선태 중첩형태의 준비 및 양자상위간섭실험
출처: 편민망
