一个承载六个可寻址自旋量子比特的不对称 [Gd$_{2}$] 配位分子二聚体

人工磁性分子是单个或多个自旋量子比特的合适载体，其可进而实现小规模算法。为具备实际用途，此类分子自旋处理器需要增大可用计算空间的维度 $d$ 并满足保证通用操作的高要求条件。在此，我们设计、合成并充分表征了承载一个或两个 Gd(III) 离子的不对称分子二聚体。Gd(III) 磁各向异性对其局域配位对称性的强烈敏感性导致每个配位位点产生不同的零场分裂。因此，[LaGd] 和 [GdLu] 配合物实现了不同的 $d = 8$ 自旋 qudit，而 [Gd$_{2}$] 二聚体满足全部要求（包括一组完备的操作），可作为 $d = 64$ 全电子自旋 qudit（或等效为六个可寻址量子比特）工作。电子顺磁共振实验表明，不同自旋态间的相关共振跃迁可被相干控制，其相干时间 T$_{M}$ 约为 $1$ $\mu$s，受分子内超精细相互作用限制。具有嵌入式量子功能的配位配合物是量子计算与模拟混合平台的有前景构建单元。