[PDF]    http://dx.doi.org/10.3952/lithjphys.46402

Open access article / Atviros prieigos straipsnis

Lith. J. Phys. 46, 111–115 (2006)


β-DIKETO STRUCTURE FOR QUANTUM INFORMATION PROCESSING
Ž. Rinkevičiusa, A. Tamulisb, and J. Tamulienėb
aTheoretical Chemistry, Royal Institute of Technology, SCFAB, Roslagstullsbacken 15, SE-10691 Stockholm, Sweden
bInstitute of Theoretical Physics and Astronomy of Vilnius University, A. Goštauto 12, LT-01108 Vilnius, Lithuania
E-mail: gicevic@itpa.lt

Received 18 July 2006

Hypothetical qubit system designed for quantum information processing based on spatially ordered organic radicals (S = 1/2) in self-assembled monolayer is described and application of quantum chemistry methods in search of suitable radicals is outlined. Exemplifying calculation of relevant magnetic properties of diketo type neutral radicals is presented and suitability of these compounds for building blocks of quantum computing device based on self-assembled monolayer of radicals is assessed.
Keywords: qubits, quantum computing device, neutral radical, g-tensor
PACS: 31.15.Ar


β-DIKETONINIS DARINYS KVANTINĖS INFORMACIJOS APDOROJIMUI
Ž. Rinkevičiusa, A. Tamulisb, J. Tamulienėb
aKarališkasis technologijos institutas, Stokholmas, Švedija
bVU Teorinės fizikos ir astronomijos institutas, Vilnius, Lietuva

Pateikti β-diketoninės molekulės kvantinės chemijos tyrimai, atlikti tankio funkcionalo metodu, naudojant (UB3LYP) 6-311G** bazės artinį. Parodyta, kad nagrinėjama molekulė galėtų būti panaudota elektronų paramagnetinio rezonanso (EPR) kvantiniuose kompiuteriuose su savisusirenkančiais neutralių radikalų sluoksniais (Self-assembling monolayers, SAM), prijungtais prie padėklų. Gauti ir straipsnyje pateikti rezultatai parodė, kad tos molekulės cheminė sandara patenkina šiuos kriterijus:
1) žinoma nesuporuoto elektrono, kuris gali būti panaudojamas kaip q bitas, lokalizacijos vieta;
2) molekulės sudėtyje yra –COOH grupė, kuri reikalinga radikalui pritvirtinti prie padėklo;
3) galima radikalo sluoksnio saviorganizacija, nes nagrinėjamo radikalo sudėtyje yra –(CH2)n– grupės;
4) nesuporuoto elektrono sukinio orientacija yra tokia, kad aplinkos įtaka yra mažiausia ir nebūtų sudėtinga šiuo sukiniu operuoti.
Šie kriterijai yra pirminiai, atliekant radikalų atranką eksperimentiniams tyrimams. Tad, remiantis aukščiau minėtais pastebėjimais, padaryta išvada, kad -diketoninė molekulė yra tinkama naudoti SAM technologijos EPR kvantiniuose kompiuteriuose.


References / Nuorodos

[1] G.P. Berman, V.I. Tsifrinovich, and D.L. Alara, Phys. Rev. B 6619, 3406 (2002).
[2] D.B. Cook, Handbook of Computational Quantum Chemistry (Oxford University Press, New York, 1998).
[3] A. Szabo and N.S. Ostlund, Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory (McGraw–Hill, New York, 1989).
[4] Density-Functional Methods in Chemistry and Materials Science, Ed. M. Springborg (John Wiley & Sons, 1997).
[5] F. Jensen, Introduction to Computational Chemistry (John Wiley & Sons, 1999).
[6] Extensible Computational Chemistry Environment Basis Set Database, Environmental and Molecular Sciences Laboratory at Pacific Northwest Laboratory, P.O. Box 999, Richland, Washington 99352, USA.
[1] G.P. Berman, V.I. Tsifrinovich, and D.L. Alara, Phys. Rev. B 6619, 3406 (2002).
[2] D.B. Cook, Handbook of Computational Quantum Chemistry (Oxford University Press, New York, 1998).
[3] A. Szabo and N.S. Ostlund, Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory (McGraw–Hill, New York, 1989).
[4] Density-Functional Methods in Chemistry and Materials Science, Ed. M. Springborg (John Wiley & Sons, 1997).
[5] F. Jensen, Introduction to Computational Chemistry (John Wiley & Sons, 1999).
[6] Extensible Computational Chemistry Environment Basis Set Database, Environmental and Molecular Sciences Laboratory at Pacific Northwest Laboratory, P.O. Box 999, Richland, Washington 99352, USA.
[7] S. Huzinaga, J. Chem. Phys. 42, 1293 (1965).
https://doi.org/10.1063/1.1696113
 
[8] T.H. Dunning, Jr., J. Chem. Phys. 53, 2823 (1970).
https://doi.org/10.1063/1.1674408
 
[9] V. Barone, in: Recent Advances in Density Functional Methods, Part 1, Ed. D.P. Chong (World Scientific, Singapore, 1995).
 
[10a] Z. Rinkevicius, L. Telyatnyk, O. Vahtras, and H. Agren, Time-depended density functional theory for hyperfine coupling constants with the restricted-unrestricted approach (accepted for publication in J. Chem. Phys.)
 
[10b] Z. Rinkevicius, L. Telyatnyk, O. Vahtras, and H. Agren, J. Chem. Phys. 121, 7614 (2004).
https://doi.org/10.1063/1.1799013
 
[11] J. Tamuliene, A. Tamulis, and J. Kulys, Nonlinear Analysis: Modelling and Control 9, 185 (2004).
https://doi.org/10.15388/NA.2004.9.2.15166
 
[12a] Z. Rinkevicius, G.P. Berman, D.L. Allara, V.I. Tsifrinovich, and A. Tretiak, Characteristic parameters and dynamics of two-qubit system in self-assembled monolayers,
 
https://arxiv.org/abs/quant-ph/0411202
 
[12b] B.C. Stipe, H.J. Mamin, C.S. Yannoni, T.D. Stowe, T.W. Kenny, and D. Rugar, Phys. Rev. Lett. 87, 277602 (2001)
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.87.277602
 
[12c] G.P. Berman, D.I. Kamenev, and V.I. Tsifrinovich, Phys. Rev. A 66, 023405 (2002).
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.66.023405
 
[13] U. Ulman, Chem. Rev. 96, 1533 (1996).
https://doi.org/10.1021/cr9502357
 
[14] G. Fletcher, S. Mason, J. Terrett, and M. Soloviev, J. Nanobiotechnol. 1, 1 (2003), www.jnanobiotechnology.com
https://doi.org/10.1186/1477-3155-1-1
 
[15] Yi Li, K.-S. Moon, and C.P. Wong, J. Electron. Mater. 34, 266 (2005).
https://doi.org/10.1007/s11664-005-0212-4
 
[16] J.A.J. Fitzpatrick, F.R. Manby, and C.M. Western, J. Chem. Phys. 122, 084312-1 (2005).
https://doi.org/10.1063/1.1851501