Interactions hyperfines dans les complexes organiques de lanthanide pour le traitement de l’information quantique

Cette thèse intègre l’informatique quantique, la théorie du contrôle optimal, la structure nucléaire, les interactions hyperfines, les éléments-f, la théorie du champ cristallin et le magnétisme moléculaire, en se concentrant sur les complexes organiques de lanthanides, en particulier TbPc2, en tant que processeurs quantiques moléculaires potentiels. La recherche commence par un aperçu théorique, mettant en évidence la convergence de ces domaines et le rôle de la chimie des lanthanides. Les propriétés clés des lanthanides sont analysées, y compris leurs états atomiques et ioniques, les interactions du champ des ligands et les réponses aux champs externes. Les discussions détaillées couvrent les électrons non interactifs, la répulsion coulombienne, le couplage spin-orbite et le couplage hyperfin, ainsi que la transition de la théorie du champ cristallin à la théorie du champ de ligands et les capacités de la DFT du champ de ligands. L’interaction hyperfine est examinée à travers l’équation de Dirac, intégrant la relativité dans l’´équation de Schrödinger. Les sujets incluent les corrections de masse, les atomes muoniques et les constantes hyperfines. L’informatique quantique avec des spins nucléaires dans les lanthanides est explorée, en introduisant les qubits, qudits, portes quantiques, algorithmes et échelles de temps pertinentes. La génération optimale de portes est étudiée, visant à développer des portes qudits efficaces, avec TbPc2 comme exemple pratique. La suite de Prouhet-Thue-Morse est analysée pour ses propriétés et applications en informatique quantique. La thèse se termine par des orientations de recherche future, y compris des études de décohérence, les effets de la composition des ligands, les calculs des constantes hyperfines et l’optimisation des portes qudits.