Физиците „заплитат“ отделни частици с удивителна прецизност: ScienceAlert

Тъй като са толкова големи и трудни за манипулиране, молекулите отдавна се противопоставят на опитите на физиците да ги привлекат в състояние на контролирано квантово заплитане, където молекулите са тясно свързани дори от разстояние.

Сега, за първи път, два отделни екипа са успели да заплитат двойки ултра-студени молекули, използвайки един и същ метод: микроскопично прецизни оптични „капани за пинсети“.

Квантовото заплитане е странен, но фундаментален феномен в квантовия свят, от който физиците се опитват да се възползват, за да създадат първите комерсиални квантови компютри.

Всички обекти – от електрони през атоми до молекули и дори цели галактики – могат да бъдат теоретично описани като спектър от възможности, преди да бъдат наблюдавани. Само чрез измерване на имота колелото на шанса се установява върху ясно описание.

Ако два обекта са заплетени, знанието за свойствата на един обект – неговото въртене, позиция или импулс – незабавно служи като аналогия на другия, спирайки напълно и двете им потенциални колела на въртене.

Досега изследователите са успели да свържат йони, фотони, атоми и свръхпроводящи вериги в лабораторни експерименти. Например преди три години екип свърза трилиони атоми в „горещ и хаотичен“ газ. Впечатляващо, но не особено практично.

Физиците също са били заплетени Атом и молекула Дори преди Биологични комплекси Намира се в растителните клетки. Но контролирането и манипулирането на двойки отделни молекули – с достатъчна прецизност за целите на квантовите изчисления – беше по-трудна задача.

Молекулите трудно се охлаждат и взаимодействат лесно със заобикалящата ги среда, което означава, че лесно излизат от крехки състояния на квантово заплитане Декохерентност).

Един пример за такива взаимодействия е Дипол-диполни взаимодействия: Начинът, по който положителният край на полярна молекула може да бъде изтеглен към отрицателния край на друга молекула.

Но същите тези свойства правят молекулите обещаващи кандидати за кубити в квантовите изчисления, защото предлагат нови възможности за изчисления.

„Техните молекулярни спинови състояния на дълги разстояния образуват силни кубити, като същевременно осигуряват диполно взаимодействие на дълги разстояния между молекулите Квантово заплитане„,“ Той обяснява Физикът от Харвард Иченг Бао и колегите му в своя доклад.

Кубитите са квантовата версия на класическите изчислителни битове, които могат да приемат стойност 0 или 1. Кубитите, от друга страна, могат да представляват Възможни много комбинации 1 и 0 едновременно

Чрез заплитане на кубити, комбинираната квантова размитост на 1 и 0 може да действа като бързи калкулатори в специално проектирани алгоритми.

Молекулите, които са по-сложни единици от атомите или частиците, имат повече присъщи свойства или състояния, които могат да бъдат свързани заедно, за да образуват кубит.

„Това на практика означава, че има нови начини за съхраняване и обработка на квантова информация.“ Той казва Юкай Лу, завършил студент по електротехника и компютърно инженерство в Принстън, който е съавтор на второто проучване.

„Например, една молекула може да вибрира и да се върти в множество режими. Така че можете да използвате два от тези режими, за да кодирате кубит. Ако молекулярният вид е полярен, две молекули могат да взаимодействат дори когато са пространствено разделени.“

И двата екипа произвеждат ултра-студени молекули на калциев монофлуорид (CaF) и след това ги улавят една по една в оптични пинсети.

Използвайки тези плътно фокусирани лъчи лазерна светлина, молекулите бяха поставени по двойки, достатъчно близо, за да може молекулата CaF да усети далечното електрическо диполно взаимодействие на своя партньор. Това свързва всяка двойка молекули в заплетено квантово състояние, малко преди да станат странни.

Този метод, чрез прецизната си манипулация на отделни молекули, „проправя пътя за разработването на нови, многостранни платформи за квантови технологии“. Той пише Аугусто Смерци, физик в Националния съвет за научни изследвания на Италия, в съпътстваща перспектива.

Summerzy не е участвал в изследването, но вижда неговия потенциал. Като се възползва от диполните взаимодействия на молекулите, той казва, че системата може един ден да се използва за разработване на ултра-чувствителни квантови сензори, способни да откриват ултра-слаби електрически полета.

„Приложенията се простират от електроенцефалография за измерване на електрическата активност в мозъка до наблюдение на промените в електрическите полета в земната кора до прогнозиране на земетресения.“ Той спекулира.

Двете проучвания са публикувани в науки, тук И тук.