Молекулярные наномагниты: жизнеспособный путь к обработке квантовой информации?

Молекулярные наномагниты (МНМ), молекулы, содержащие взаимодействующие спины, являются плацдармом для квантовой механики. Они характеризуются множеством доступных низкоэнергетических уровней, которые можно использовать для хранения и обработки квантовой информации. Это естественно открывает возможность их использования в качестве квдитов (qudits), что расширяет инструменты квантовой логики по сравнению с архитектурами на основе кубитов. Эти дополнительные степени свободы недавно послужили основанием для предложений по кодированию кубитов с встроенным квантовым кодированием от ошибок (QEC) в одиночных молекулах. QEC является святой граалью квантовых вычислений, и этот подход с квдитами может обойти большую накладную на физические кубиты, типичную для стандартных многокубитных кодов. Еще одной важной сильной стороной молекулярного подхода является чрезвычайно высокий уровень контроля, достигаемый при подготовке сложных супрамолекулярных структур, где отдельные квдиты связываются, сохраняя свои индивидуальные свойства и когерентность. Это особенно важно для построения квантовых симуляторов — управляемых систем, способных имитировать динамику других квантовых объектов. Использование МНМ для обработки квантовой информации — быстро развивающаяся область, которая по-прежнему требует полного экспериментального изучения. Ключевые проблемы, которые нужно решить, связаны с масштабированием числа квдитов/кубитов и их индивидуальной адресацией. Ведутся интенсивные исследования нескольких перспективных подходов, от применения одно-молекулярных транзисторов или сверхпроводящих устройств до оптических методов считывания. Более того, могут оказаться полезны новые инструменты из химии, такие как селективность спина, обусловленная хиральностью (chiral-induced spin selectivity). В этой статье мы обзору подлежит текущее состояние этого междисциплинарного исследовательского поля, обсуждаются открытые задачи и предполагаемые пути их решения, которые в конечном счете могли бы раскрыть огромный потенциал молекулярных спинов для квантовых технологий.