Fyzikové „proplétají“ jednotlivé částice s úžasnou přesností: ScienceAlert

Protože jsou tak velké a obtížně se s nimi manipuluje, molekuly dlouho vzdorovaly pokusům fyziků nalákat je do stavu řízeného kvantového zapletení, kde jsou molekuly těsně spojeny i na dálku.

Nyní se dvěma samostatným týmům poprvé podařilo propojit páry ultrachladných molekul pomocí stejné metody: mikroskopicky přesných optických „pinzetových pastí“.

Kvantové provázání je zvláštní, ale zásadní fenomén v kvantovém světě, kterého se fyzikové snaží využít k vytvoření prvních komerčních kvantových počítačů.

Všechny objekty – od elektronů přes atomy až po molekuly a dokonce i celé galaxie – lze teoreticky popsat jako spektrum možností, než jsou pozorovány. Teprve měřením nemovitosti se kolo náhody usadí na jasném popisu.

Pokud se dva objekty zapletou, znalost o vlastnostech jednoho objektu – jeho rotaci, poloze nebo hybnosti – okamžitě slouží jako analogie k druhému, čímž se obě jejich potenciální kola rotace úplně zastaví.

Vědci zatím v laboratorních experimentech dokázali propojit ionty, fotony, atomy a supravodivé obvody. Například před třemi lety tým svázal biliony atomů do „horkého a chaotického“ plynu. Působivé, ale nepříliš praktické.

Fyzici byli také zapleteni Atom a molekula Předtím, dokonce Biologické komplexy Nachází se v rostlinných buňkách. Ale ovládání a manipulace s páry jednotlivých molekul – s dostatečnou přesností pro účely kvantových výpočtů – byla obtížnějším úkolem.

Molekuly se obtížně chladí a snadno interagují se svým okolím, což znamená, že snadno vypadnou z křehkých kvantových stavů zapletení. Dekoherence).

Jedním z příkladů takových interakcí je Dipól-dipólové interakce: Způsob, jakým lze kladný konec polární molekuly přitáhnout k zápornému konci jiné molekuly.

Ale tyto stejné vlastnosti dělají z molekul slibné kandidáty na qubity v kvantovém počítání, protože nabízejí nové možnosti pro výpočty.

„Jejich stavy molekulárního spinu s dlouhým dosahem tvoří silné qubity a zároveň poskytují dipólovou interakci mezi molekulami na dlouhé vzdálenosti.“ Kvantové zapletení„,“ vysvětluje Harvardský fyzik Yicheng Bao a jeho kolegové ve svém článku.

Qubity jsou kvantovou verzí klasických výpočetních bitů, které mohou nabývat hodnoty 0 nebo 1. Qubity mohou na druhé straně představovat Mnoho možných kombinací 1 a 0 současně

Spojením qubitů může kombinovaná kvantová fuzziness 1 a 0 fungovat jako rychlé kalkulačky ve speciálně navržených algoritmech.

Molekuly, které jsou složitějšími entitami než atomy nebo částice, mají více vlastních vlastností nebo stavů, které mohou být spojeny dohromady, aby vytvořily qubit.

„V praxi to znamená, že existují nové způsoby ukládání a zpracování kvantových informací.“ On říká Yucai Lu, postgraduální student elektrotechniky a počítačového inženýrství na Princetonu, který je spoluautorem druhé studie.

„Například molekula může vibrovat a rotovat v několika režimech. Takže můžete použít dva z těchto režimů ke kódování qubitu. Pokud je molekulární druh polární, dvě molekuly mohou interagovat, i když jsou prostorově odděleny.“

Oba týmy vyrobily ultrachladné molekuly fluoridu vápenatého (CaF) a poté je jednu po druhé zachytily do optických pinzet.

Pomocí těchto těsně zaostřených paprsků laserového světla byly molekuly umístěny do párů, dostatečně blízko, aby molekula CaF mohla vnímat dlouhodosahovou elektrickou dipólovou interakci svého partnera. To svázalo každý pár molekul do propleteného kvantového stavu, krátce předtím, než se staly podivnými.

Tato metoda prostřednictvím své přesné manipulace s jednotlivými molekulami „připravuje cestu pro vývoj nových, všestranných platforem pro kvantové technologie“. Napsal Augusto Summerzi, fyzik z Národní rady pro výzkum v Itálii, v doprovodné perspektivě.

Summerzy nebyl zapojen do výzkumu, ale vidí jeho potenciál. Využitím dipólových interakcí molekul říká, že systém může být jednoho dne použit k vývoji ultracitlivých kvantových senzorů schopných detekovat ultraslabá elektrická pole.

„Aplikace sahají od elektroencefalografie k měření elektrické aktivity v mozku přes sledování změn elektrických polí v zemské kůře až po předpovídání zemětřesení.“ Spekuluje.

Obě studie byly publikovány v vědy, tady A tady.