Decoherence-free quantum-information processing using dipole-coupled qubits

We propose a quantum-information processor that consists of decoherence-free logical qubits encoded into arrays of dipole-coupled qubits. High-fidelity single-qubit operations are performed deterministically within a decoherence-free subsystem without leakage via global addressing of bichromatic laser fields. Two-qubit operations are realized locally with four physical qubits, and between separated logical qubits using linear optics. We show how to prepare cluster states using this method. We include all non-nearest-neighbor effects in our calculations, and we assume the qubits are not located in the Dicke limit. Although our proposal is general to any system of dipole-coupled qubits, throughout the paper we use nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond as an experimental context for our theoretical results.Comment: 7 pages, 5 figure

Anisotropic interactions of a single spin and dark-spin spectroscopy in diamond

The nitrogen-vacancy (N-V) center in diamond is a promising atomic-scale system for solid-state quantum information processing. Its spin-dependent photoluminescence has enabled sensitive measurements on single N-V centers, such as: electron spin resonance, Rabi oscillations, single-shot spin readout and two-qubit operations with a nearby 13C nuclear spin. Furthermore, room temperature spin coherence times as long as 58 microseconds have been reported for N-V center ensembles. Here, we have developed an angle-resolved magneto-photoluminescence microscopy apparatus to investigate the anisotropic electron spin interactions of single N-V centers at room temperature. We observe negative peaks in the photoluminescence as a function of both magnetic field magnitude and angle that are explained by coherent spin precession and anisotropic relaxation at spin level anti-crossings. In addition, precise field alignment unmasks the resonant coupling to neighboring dark nitrogen spins that are not otherwise detected by photoluminescence. The latter results demonstrate a means of investigating small numbers of dark spins via a single bright spin under ambient conditions.Comment: 13 pages, 4 figure

Квантово-химическое моделирование метотрексат-фуллереноловых радионуклидных агентов терапии онкологических заболеваний

In order to therapeutically destroy cancer neoplasms, chemotherapy or radiotherapy are commonly used. In the isotope medicine, however, medical isotopes of the short-lived radionuclides are injected into the tumor (59Fe, 90Y, 95Zr, 99mTc, 106Ru, 114*In, 147Eu, 148Eu, 155Eu, 170Tm, 188Re, 210Po, 222Rn, 230U, 237Pu, 240Cm, 241Cm, 253Es). Binary, or neutroncapturing, technology is a technology developed for the selective effect on malignant tumors and using a tropic to tumors preparations containing non-radioactive nuclides (10B, 113Cd, 157Gd et. al.). Triadic technology is a sequential administration of a combination of two or more separately inactive and harmless components tropic to tumor tissues that can selectively accumulate in them or react with each other to destroy tumors under certain external impacts. The aim of this work is the quantum-chemical modeling of the electronic structure and the analysis of the thermodynamic stability of the new methotrexate containing nanoscale fullerenolic radionuclide tumor-fghting agents. The need for preliminary studies on modeling of such objects is caused by the very high labor intensity, cost and complexity of their practical preparation.С целью терапевтического уничтожения онкологических новообразований обычно применяют химиотерапию или лучевую терапию, а в изотопной медицине – вводят в опухоль соответствующие короткоживущие радионуклиды (59Fe, 90Y, 95Zr, 99mTc, 106Ru, 114*In, 147Eu, 148Eu, 155Eu, 170Tm, 188Re, 210Po, 222Rn, 230U, 237Pu, 240Cm, 241Cm, 253Es). Бинарная (или нейтронозахватная) – технология, разработанная для избирательного воздействия на злокачественные новообразования и использующая тропные к опухолям препараты, содержащие нерадиоактивные нуклиды (10B, 113Cd, 157Gd и др.) Триадная – последовательное введение в организм комбинации из двух и более, по отдельности неактивных и безвредных компонентов, тропных к опухолевым тканям и способных в них селективно накапливаться или вступать друг с другом в химическое взаимодействие и уничтожать опухолевые новообразования под действием определенных сенсибилизирующих внешних воздействий. Целью настоящей работы является квантово-химическое моделирование электронной структуры и анализ термодинамической устойчивости новых метотрексатсодержащих фуллереноловых радионуклидных наноразмерных агентов-истребителей опухолевых новообразований. Необходимость предварительных исследований по моделированию такого рода объектов обусловлена очень высокой трудоемкостью, стоимостью и сложностью их практического получения

Квантово-химическое моделирование кортизон-фуллереноловых агентов терапии онкологических заболеваний

In order to therapeutically destroy oncological neoplasms, chemotherapy or radiotherapy is usually applied, and in isotope medicine – short-lived radio nuclides are injected into the tumor (59Fe, 90Y, 95Zr, 99mTc, 106Ru, 114*In, 147Eu, 148Eu, 155Eu, 170Tm, 188Re, 210Po, 222Rn, 230U, 237Pu, 240Cm, 241Cm, 253Es). Binary (or neutron capture) therapy is a technology developed for the selective effect on malignant tumors using drugs that are tropic to tumors and contain non-radioactive nuclides (10B, 113Cd, 157Gd at al.). Triadic therapy involves the sequential introduction into the body of a combination of two or more separately inactive and harmless components, which are tropic to tumor tissues and capable of selectively accumulating in them or chemically interacting with each other and destroying tumor neoplasms under the action of certain sensitizing external influences. The aim of this work is quantum-chemical simulation of the electronic structure and analysis of the thermodynamic stability of new cortisone-fullerenol agents for the treatment of tumor neoplasms. The need for preliminary studies of modeling such objects is due to the very high labor intensity, cost and complexity of their practical production.С целью терапевтического уничтожения онкологических новообразований обычно применяют химиотерапию или лучевую, а в изотопной медицине – вводят в опухоль соответствующие короткоживущие радионуклиды (59Fe, 90Y, 95Zr, 99mTc, 106Ru, 114*In, 147Eu, 148Eu, 155Eu, 170Tm, 188Re, 210Po, 222Rn, 230U, 237Pu, 240Cm, 241Cm, 253Es). Бинарная (или нейтронозахватная) – технология, разработанная для избирательного воздействия на злокачественные новообразования и использующая тропные к опухолям препараты, содержащие нерадиоактивные нуклиды (10B, 113Cd, 157Gd и др.). Триадная – последовательное введение в организм комбинации из двух и более по отдельности неактивных и безвредных компонентов, тропных к опухолевым тканям и способных в них селективно накапливаться или вступать друг с другом в химическое взаимодействие и уничтожать опухолевые новообразования под действием определенных сенсибилизирующих внешних воздействий. В настоящей работе проведены квантово-химическое моделирование электронной структуры и анализ термодинамической устойчивости новых кортизон-фуллереноловых агентов терапии опухолевых новообразований. Необходимость предварительных исследований по моделированию такого рода объектов обусловлена очень высокой трудоемкостью, стоимостью и сложностью их практического получения

Квантово-химическое моделирование доксорубицин-фуллереноловых агентов терапии онкологических заболеваний

In order to therapeutically destroy neoplasms, chemotherapy or radiotherapy is usually applied, and in isotope medicine short-lived radionuclides are injected into the tumor (59Fe, 90Y, 95Zr, 99mTc, 106Ru, 114*In, 147Eu, 148Eu, 155Eu, 170Tm, 177mLu, 188Re, 210Po, 222Rn, 230U, 237Pu, 240Cm, 241Cm, 253Es). Binary (or neutron capture) therapy is a technology designed to selectively treat malignant tumors and using drugs tropic to tumors containing non-radioactive nuclides (10B, 113Cd, 157Gd at al.). Triadic therapy is the sequential introduction into the body of a combination of two or more separately inactive and harmless components, tropic to tumor tissues and capable of selectively accumulating in them or entering into chemical interaction with each other and destroying tumor neoplasms under certain sensitizing external influences. The aim of this work is to quantum-chemically simulate the electronic structure and to analyze the thermodynamic stability of new doxorubicino-fullerenol agents for the treatment of tumor neoplasms. The need for preliminary studies on the modeling of such objects is due to the extremely high labor intensity, cost and complexity of their practical production.С целью терапевтического уничтожения злокачественных новообразований обычно применяют хирургическое вмешательство, химиоили лучевую терапию, а в изотопной медицине вводят в опухоль соответствующие короткоживущие радионуклиды (59Fe, 90Y, 95Zr, 99mTc, 106Ru, 114*In, 147Eu, 148Eu, 155Eu, 170Tm, 177mLu, 188Re, 210Po, 222Rn, 230U, 237Pu, 240Cm, 241Cm, 253Es). Бинарная (или нейтронозахватная) терапия – технология, разработанная для избирательного воздействия на злокачественные новообразования и использующая тропные к опухолям препараты, содержащие нерадиоактивные нуклиды (10B, 113Cd, 157Gd и др.). Триадная терапия – последовательное введение в организм комбинации из двух и более по отдельности неактивных и безвредных компонентов тропных к опухолевым тканям и способных в них селективно накапливаться или вступать друг с другом в химическое взаимодействие и уничтожать опухолевые клетки под действием определенных сенсибилизирующих внешних воздействий. Цель работы – квантово-химическое моделирование электронной структуры и анализ термодинамической устойчивости новых доксорубицин-фуллереноловых агентов терапии злокачественных новообразований. Необходимость предварительных исследований по моделированию такого рода объектов обусловлена чрезвычайно высокой трудоемкостью, стоимостью и сложностью их практического получения

Enhanced Adsorption Selectivity of Carbon Dioxide and Ethane on Porous Metal–Organic Framework Functionalized by a Sulfur-Rich Heterocycle

Porous metal–organic framework [Zn2(ttdc)2(bpy)] (1) based on thieno [3,2-b]thiophenedicarboxylate (ttdc) was synthesized and characterized. The structure contains intersected zig-zag channels with an average aperture of 4 × 6 Å and a 49% (v/v) guest-accessible pore volume. Gas adsorption studies confirmed the microporous nature of 1 with a specific surface area (BET model) of 952 m2·g–1 and a pore volume of 0.37 cm3·g–1. Extensive CO2, N2, O2, CO, CH4, C2H2, C2H4 and C2H6 gas adsorption experiments at 273 K and 298 K were carried out, which revealed the great adsorption selectivity of C2H6 over CH4 (IAST selectivity factor 14.8 at 298 K). The sulfur-rich ligands and double framework interpenetration in 1 result in a dense decoration of the inner surface by thiophene heterocyclic moieties, which are known to be effective secondary adsorption sites for carbon dioxide. As a result, remarkable CO2 adsorption selectivities were obtained for CO2/CH4 (11.7) and CO2/N2 (27.2 for CO2:N2 = 1:1, 56.4 for CO2:N2 = 15:85 gas mixtures). The computational DFT calculations revealed the decisive role of the sulfur-containing heterocycle moieties in the adsorption of CO2 and C2H6. High CO2 adsorption selectivity values and a relatively low isosteric heat of CO2 adsorption (31.4 kJ·mol–1) make the porous material 1 a promising candidate for practical separation of biogas as well as for CO2 sequestration from flue gas or natural gas