Физики «запутывают» отдельные частицы с поразительной точностью: ScienceAlert

Поскольку молекулы настолько велики и ими трудно манипулировать, они уже давно бросают вызов попыткам физиков заманить их в состояние контролируемой квантовой запутанности, когда молекулы тесно связаны даже на расстоянии.

Теперь впервые двум отдельным командам удалось запутать пары ультрахолодных молекул, используя один и тот же метод: микроскопически точные оптические «пинцетные ловушки».

Квантовая запутанность — странное, но фундаментальное явление в квантовом мире, которым физики пытаются воспользоваться для создания первых коммерческих квантовых компьютеров.

Все объекты – от электронов до атомов, молекул и даже целых галактик – могут быть теоретически описаны как спектр возможностей еще до того, как их начнут наблюдать. Только путем измерения объекта колесо случая дает четкое описание.

Если два объекта запутаны, знание чего-либо о свойствах одного объекта — его вращении, положении или импульсе — немедленно служит аналогией для другого, приводя к полной остановке обоих их потенциальных колес вращения.

До сих пор исследователям удавалось соединять ионы, фотоны, атомы и сверхпроводящие цепи в лабораторных экспериментах. Например, три года назад команда связала триллионы атомов в «горячий и хаотичный» газ. Впечатляет, но не очень практично.

Физики тоже запутались Атом и молекула Раньше, даже Биологические комплексы Встречается в растительных клетках. Но контроль и манипулирование парами отдельных молекул — с достаточной точностью для целей квантовых вычислений — было более сложной задачей.

Молекулы трудно охлаждать и они легко взаимодействуют с окружающей средой, а это значит, что они легко выпадают из хрупких состояний квантовой запутанности. Декогеренция).

Одним из примеров такого взаимодействия является Диполь-дипольные взаимодействия: способ, которым положительный конец полярной молекулы можно притянуть к отрицательному концу другой молекулы.

Но эти же свойства делают молекулы перспективными кандидатами на роль кубитов в квантовых вычислениях, поскольку они открывают новые возможности для вычислений.

«Их дальнодействующие молекулярные спиновые состояния образуют сильные кубиты, обеспечивая при этом дальнодействующее дипольное взаимодействие между молекулами. Квантовая запутанность«,» Он объясняет Гарвардский физик Ичэн Бао и его коллеги в своей статье.

Кубиты — это квантовая версия классических вычислительных битов, которые могут принимать значения 0 или 1. С другой стороны, кубиты могут представлять Возможно множество комбинаций 1 и 0 одновременно

Запутывая кубиты, совокупная квантовая нечеткость единиц и нулей может действовать как быстрые калькуляторы в специально разработанных алгоритмах.

Молекулы, будучи более сложными объектами, чем атомы или частицы, обладают более присущими свойствами или состояниями, которые могут соединяться вместе, образуя кубит.

«На практике это означает, что существуют новые способы хранения и обработки квантовой информации». Он говорит Юкай Лу, аспирант кафедры электротехники и вычислительной техники Принстона, соавтор второго исследования.

«Например, молекула может вибрировать и вращаться в нескольких режимах. Таким образом, вы можете использовать два из этих режимов для кодирования кубита. Если молекулярный вид полярен, две молекулы могут взаимодействовать, даже если они пространственно разделены».

Обе команды произвели ультрахолодные молекулы монофторида кальция (CaF), а затем поймали их одну за другой в оптические пинцеты.

Используя эти плотно сфокусированные лучи лазерного света, молекулы были размещены парами, достаточно близко, чтобы молекула CaF могла ощущать дальнее электрическое дипольное взаимодействие своего партнера. Это связало каждую пару молекул в запутанное квантовое состояние незадолго до того, как они стали странными.

Этот метод, благодаря точному манипулированию отдельными молекулами, «открывает путь к разработке новых, универсальных платформ для квантовых технологий». Он написал Аугусто Саммерци, физик Национального исследовательского совета Италии, с сопутствующей точки зрения.

Саммерзи не участвовал в исследовании, но видит в нем потенциал. По его словам, используя преимущества дипольного взаимодействия молекул, однажды система может быть использована для разработки сверхчувствительных квантовых датчиков, способных обнаруживать сверхслабые электрические поля.

«Приложения простираются от электроэнцефалографии для измерения электрической активности мозга до мониторинга изменений электрических полей в земной коре и прогнозирования землетрясений». Он размышляет.

Оба исследования были опубликованы в Науки, здесь И здесь.