Photogenerated Multi-Spin Systems as Qubits for Quantum Information Science

光生多自旋系统作为量子信息科学的量子位

基本信息

  • 批准号:
    2154627
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 60.37万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-07-01 至 2025-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

In this project, funded by the Chemical Structure, Dynamics & Mechanisms B Program of the Chemistry Division, Professor Michael Wasielewski of the Department of Chemistry at Northwestern University is developing a fundamental understanding of how to control charge and spin transport through organic molecules that is critical to the future of quantum information science applications for computation, sensing, and communications. The degree of control over molecular structure and properties afforded by chemistry makes it possible to develop molecules and materials that take advantage of electron spin dynamics to implement new strategies for quantum information science. Molecular architectures provide unmatched flexibility for tailoring quantum properties using bottom-up synthetic strategies. The project lies at the interface of organic, physical, and materials chemistry, and is therefore well suited to the education of scientists at all levels. This group is also well-positioned to provide the highest level of education and training for students underrepresented in science. Outreach activities involving K-12 students will also be part of the funded project.This project will address several goals essential for exploiting spin-correlated radical pairs (SCRPs) as spin qubit pairs (SQPs) that target quantum information science applications. Professor Michael Wasielewski’s group will 1) photogenerate SCRPs to produce well-defined initial SQP quantum states that can be addressed and manipulated to serve as targets for two-qubit quantum gates; 2) entangle the electron spins of SQPs with one or two nuclear spins to extend spin coherence lifetimes; 3) move (teleport) spin coherences between two sites, focusing on how SQP coherence lifetimes and increasing the teleportation distance affect teleportation fidelity; and 4) explore how chirality-induced spin selectivity influences SQP coherence and polarization using chiral electron donor-acceptor molecules. In topics 1, 3, and 4, they will extend the molecular architectures to include DNA hairpins, which will provide a scalable platform for the rapid synthesis of a wide variety of molecular quantum information science systems. The spin dynamics of these systems will be probed using time-resolved electron paramagnetic resonance experiments, which will be performed using a short laser pulse to generate the SCRP following by probing the spins using constant or pulsed microwaves.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
在该项目中,由化学结构,动力学和机制B计划资助,化学部门B计划,西北大学化学系的Michael Wasielewski教授正在对如何控制如何通过有机分子进行电荷和旋转运输的基本了解,这对计算,传感和通信的量子信息科学应用程序的未来至关重要。化学对分子结构和特性的控制程度使得可以开发利用电子自旋动力学的分子和材料来实施量子信息科学的新策略。分子体系结构为使用自下而上的合成策略提供了无与伦比的灵活性。该项目在于有机,物理和材料化学的界面,因此非常适合各级科学家的教育。小组也有充分的位置,为在科学领域缺乏的学生提供最高水平的教育和培训。涉及K-12学生的外展活动也将是资助项目的一部分。该项目将解决针对量子信息科学应用程序的自旋量子量子对(SQP),将与自旋相关的激进对(SCRP)(SCRP)(SCRP)(SCRP)所必需。 Michael Waseelewski教授的组将1)光生SCRP,以产生定义明确的初始SQP量子状态,可以解决并操纵以充当两量量子门的靶标; 2)将SQP的电子旋转与一个或两个核自旋纠缠以延长自旋相干寿命; 3)在两个位点之间移动(传送)自旋相干,重点是SQP相干寿命和增加传送距离会影响传送保真度; 4)探索手性诱导的自旋选择性如何使用手性电子供体 - 受体分子影响SQP相干性和极化。在主题1、3和4中,它们将扩展分子体系结构以包括DNA发夹,这将为快速合成各种分子量子信息科学系统提供可扩展的平台。这些系统的旋转动力学将使用时间分辨的电子顺磁共振实验进行探测,该实验将使用短激光脉冲通过使用恒定或脉冲微波的旋转来探测旋转,以生成SCRP。该奖项反映了NSF的法定任务,并通过评估了CRCRITAIL IFFICTIAL IFFICTIAL IFFICTIAL MERIARIAL的支持。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Quantum Gate Operations on a Spectrally Addressable Photogenerated Molecular Electron Spin-Qubit Pair
  • DOI:
    10.1021/jacs.3c01243
  • 发表时间:
    2023-03-13
  • 期刊:
  • 影响因子:
    15
  • 作者:
    Mao, Haochuan;Pazera, Gediminas J.;Wasielewski, Michael R.
  • 通讯作者:
    Wasielewski, Michael R.
Chirality-Induced Spin Selectivity: An Enabling Technology for Quantum Applications
  • DOI:
    10.1002/adma.202300472
  • 发表时间:
    2023-05-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Chiesa, Alessandro;Privitera, Alberto;Carretta, Stefano
  • 通讯作者:
    Carretta, Stefano
A spin-frustrated trisradical trication of prismcage
棱镜笼的自旋受阻三元三重化
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    15
  • 作者:
    Han, H.;Huang, Y.;Tang, C.;Liu, Y.;Krzyaniak, M. D.;Song, B.;Li, X.;Wu, G.;Wu, Y.;Zhang, R.
  • 通讯作者:
    Zhang, R.
Pulse sequences for manipulating spin states of molecular radical-pair-based electron spin qubit systems for quantum information applications.
用于操纵基于分子自由基对的电子自旋量子位系统的自旋态的脉冲序列,用于量子信息应用。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Pazera, G.;Kryzaniak, m.D and
  • 通讯作者:
    Kryzaniak, m.D and
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Michael Wasielewski其他文献

Temperature Dependent Conformational Change of meso-Hexakis(pentafluorophenyl)[28]Hexaphyrins(1.1.1.1.1.1)into Mobius Structures
内消旋六基六(五氟苯基)[28]六菲林(1.1.1.1.1.1)随温度变化形成莫比乌斯结构
  • DOI:
  • 发表时间:
    2009
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Kil Suk Kim;zin Seok Yoon;Annie Ricks;Jae-Yoon Shin;森中樹;Jeyaraman Sankar;斉藤尚平;Young Mee Jung;Michael Wasielewski;大須賀篤弘;Dongho Kim
  • 通讯作者:
    Dongho Kim
Temperature Dependent Conformational Change of meso-Hexakis (pentafluorophenyl) [28] Hexaphyrins (1. 1. 1. 1. 1. 1) into Mobuis Structures
内消旋 Hexakis(五氟苯基)[28]六菲林 (1. 1. 1. 1. 1. 1) 随温度变化形成 Mobuis 结构
  • DOI:
  • 发表时间:
    2009
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Kil Suk Kim;Zin Seok Yoon;Jae-Yoon Shin;Jeyaraman Sankar;Shohei Saito;Young Mee Jung;Michael Wasielewski;Atsuhiro Osuka;Dongho Kim
  • 通讯作者:
    Dongho Kim

Michael Wasielewski的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Michael Wasielewski', 18)}}的其他基金

Quantum Coherence Effects on Charge Generation in Organic Semiconductors
量子相干性对有机半导体中电荷产生的影响
  • 批准号:
    2003739
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 60.37万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Hyperpolarized Multi-Spin Systems as Qubits for Quantum Information Science
超极化多自旋系统作为量子信息科学的量子位
  • 批准号:
    1900422
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 60.37万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Plasmon-Driven Chemistry as Revealed by Ultrafast SERS, Single Molecule SERS, and Electrochemical TERS
超快 SERS、单分子 SERS 和电化学 TERS 揭示的等离激元驱动化学
  • 批准号:
    1807278
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 60.37万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Quantum Interference and Coherence Effects on Charge Transport in Organic Semiconductors
有机半导体中电荷传输的量子干涉和相干效应
  • 批准号:
    1710104
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 60.37万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Spin Dynamics of Photogenerated Multi-Spin Systems
光生多自旋系统的自旋动力学
  • 批准号:
    1565925
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 60.37万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Quantum Information and Quantum Computation for Chemistry: Challenges and Opportunities
化学的量子信息和量子计算:挑战和机遇
  • 批准号:
    1655187
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 60.37万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Molecular Plasmonics: Single Molecule and Ultrafast Surface-Enhanced Raman Spectroscopy
分子等离子体学:单分子和超快表面增强拉曼光谱
  • 批准号:
    1506683
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 60.37万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Manipulating Multi-Spin Dynamics in Systems Targeting Organic Spintronics
操纵有机自旋电子学系统中的多自旋动力学
  • 批准号:
    1266201
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 60.37万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Renewable Energy: Interdisciplinary Science of Solar Fuels 2014 Renewable Energy: Solar Fuels Gordon Research Conference and Gordon Research Seminar
可再生能源:太阳能燃料跨学科科学 2014 可再生能源:太阳能燃料戈登研究会议和戈登研究研讨会
  • 批准号:
    1332615
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 60.37万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Spin Coherences in Photosystem I Reaction Center Proteins and Model Systems
光系统 I 反应中心蛋白质和模型系统中的自旋相干性
  • 批准号:
    1112258
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 60.37万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

矿山旋转机械的多模态小样本故障诊断方法研究
  • 批准号:
    52374155
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
分段光滑动力系统的多参数动态特性分析及其在旋转机械中的应用
  • 批准号:
    12362003
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    32 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
旋转爆轰发动机中燃料混合对旋转爆轰燃烧稳定性和多波传播影响机制的研究
  • 批准号:
    52302465
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
涡旋电磁波波束控制及多旋转目标探测技术研究
  • 批准号:
    62371473
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
旋转多场力作用下双层壁涡轮叶片冲击结构高效换热机理研究
  • 批准号:
    52376042
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    52.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Manipulation of Molecular Spin Multi-Qubits by AWG-ESR Technique
通过 AWG-ESR 技术操纵分子自旋多量子位
  • 批准号:
    23H01925
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 60.37万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Improving the Speed of Galvo-Scanners
提高振镜扫描仪的速度
  • 批准号:
    10616930
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 60.37万
  • 项目类别:
Generation and detection of non-trivial spin current in synthetic altermagnets
合成交流磁体中非平凡自旋电流的产生和检测
  • 批准号:
    23KK0093
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 60.37万
  • 项目类别:
    Fund for the Promotion of Joint International Research (International Collaborative Research)
Iron-Catalyzed Cross Coupling: Quantum Control on Multi-spin Pathways
铁催化交叉偶联:多自旋路径的量子控制
  • 批准号:
    23H01959
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 60.37万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Velocity-Selective Arterial Spin Labeling based Perfusion Mapping for Alzheimer's disease
基于速度选择性动脉自旋标记的阿尔茨海默病灌注图
  • 批准号:
    10662909
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 60.37万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了