Через те, що молекули такі великі, і ними важко маніпулювати, фізики вже давно не намагаються заманити їх у стан контрольованої квантової заплутаності, де молекули тісно пов’язані навіть на відстані.
Тепер, вперше, двом окремим командам вдалося сплутати пари ультрахолодних молекул, використовуючи той самий метод: мікроскопічно точні оптичні «пінцетні пастки».
Квантова заплутаність — це дивне, але фундаментальне явище в квантовому світі, яким фізики намагаються скористатися для створення перших комерційних квантових комп’ютерів.
Усі об’єкти – від електронів до атомів, молекул і навіть цілих галактик – можна теоретично описати як спектр можливостей до того, як їх спостерігатимуть. Лише шляхом вимірювання майна колесо випадковостей зупиняється на чіткому описі.
Якщо два об’єкти переплутані, знання про властивості одного об’єкта — його обертання, положення чи імпульс — негайно слугує аналогією з іншим, приводячи до повної зупинки обох їхніх потенційних коліс обертання.
Наразі дослідникам вдалося з’єднати іони, фотони, атоми та надпровідні ланцюги в лабораторних експериментах. Наприклад, три роки тому команда зв’язала трильйони атомів у «гарячий і хаотичний» газ. Вражаюче, але не дуже практично.
Фізики теж заплуталися Атом і молекула Навіть раніше Біологічні комплекси Знаходиться в клітинах рослин. Але контроль і маніпулювання парами окремих молекул — з достатньою точністю для цілей квантових обчислень — було складнішим завданням.
Молекули важко охолоджувати, і вони легко взаємодіють з навколишнім середовищем, що означає, що вони легко випадають із крихкого стану квантової заплутаності Декогеренція).
Одним із прикладів такої взаємодії є Диполь-дипольні взаємодії: спосіб, у який позитивний кінець полярної молекули може бути підтягнутий до негативного кінця іншої молекули.
Але ці ж властивості роблять молекули перспективними кандидатами на кубіти в квантових обчисленнях, оскільки вони пропонують нові можливості для обчислень.
«Їх далекосяжні молекулярні спінові стани утворюють міцні кубіти, одночасно забезпечуючи дипольну взаємодію на великій відстані між молекулами. Квантова заплутаність“,” Він пояснює Гарвардський фізик Ічен Бао та його колеги у своїй статті.
Кубіти — це квантова версія класичних обчислювальних бітів, які можуть приймати значення 0 або 1. Кубіти, з іншого боку, можуть представляти Можливі багато комбінацій 1 і 0 одночасно
Поєднуючи кубіти, комбінована квантова нечіткість одиниць і нулів може працювати як швидкі калькулятори в спеціально розроблених алгоритмах.
Молекули, будучи складнішими утвореннями, ніж атоми чи частинки, мають більше притаманних властивостей або станів, які можна з’єднати разом, щоб утворити кубіт.
«З практичної точки зору це означає, що існують нові способи зберігання та обробки квантової інформації». Він каже Юцай Лу, аспірант з електротехніки та комп’ютерної інженерії в Прінстоні, який був співавтором другого дослідження.
«Наприклад, молекула може вібрувати та обертатися в кількох режимах. Отже, ви можете використовувати два з цих режимів для кодування кубіта. Якщо вид молекули полярний, дві молекули можуть взаємодіяти, навіть коли вони просторово розділені».
Обидві групи створили ультрахолодні молекули монофториду кальцію (CaF), а потім захопили їх одну за одною в оптичний пінцет.
Використовуючи ці чітко сфокусовані промені лазерного світла, молекули були розміщені парами, досить близько, щоб молекула CaF могла відчути дальню електричну дипольну взаємодію свого партнера. Це призвело кожну пару молекул до заплутаного квантового стану незадовго до того, як вони стали дивними.
Цей метод завдяки точному маніпулюванню окремими молекулами «прокладає шлях для розробки нових, універсальних платформ для квантових технологій». Він пише Аугусто Саммерзі, фізик Національної дослідницької ради в Італії, у супутньому ракурсі.
Саммерзі не брав участі в дослідженні, але бачить у ньому потенціал. Використовуючи переваги дипольної взаємодії молекул, він каже, що одного дня цю систему можна буде використовувати для розробки надчутливих квантових датчиків, здатних виявляти надслабкі електричні поля.
«Застосування поширюються від електроенцефалографії для вимірювання електричної активності в мозку до моніторингу змін електричних полів у земній корі та прогнозування землетрусів». Він спекулює.
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
