Objemné a ťažko zamotateľné molekuly dlho vzdorovali snahám fyzikov priviesť ich do stavu kontrolovaného kvantového zapletenia, čo umožňuje molekulám zostať pevne zviazané aj na diaľku.
Teraz sa dvom rôznym tímom po prvýkrát podarilo spojiť páry ultrachladných molekúl pomocou rovnakej metódy: mikroskopicky presných optických „pinzetových pascí“.
Kvantové zapletenie je zvláštny, ale základný fenomén kvantového poľa, ktorý sa fyzici snažia využiť na vytvorenie prvých komerčných kvantových počítačov.
Všetky objekty – od elektrónov cez atómy až po molekuly až po celé galaxie – možno teoreticky opísať ako spektrum možností predtým, ako ich pozorujeme. Koleso náhody je nastavené na presné detaily iba meraním vlastnosti.
Ak sú dva objekty zapletené, vedieť niečo o vlastnostiach jedného objektu – jeho rotácii, polohe alebo hybnosti – okamžite pôsobí ako meranie na druhom, čím sa obe ich rotujúce kolesá úplne zastavia.
Výskumníkom sa zatiaľ v laboratórnych experimentoch podarilo zamotať zachytené ióny, fotóny, atómy a supravodivé obvody. Napríklad pred tromi rokmi jeden tím zamotal bilióny atómov do „horúceho a špinavého“ plynu. Pôsobivé, no nie veľmi praktické.
Dokonca aj fyzici to pokazili atóm a molekula predtým a dokonca biologické komplexy Nachádza sa v rastlinných bunkách. Ale kontrola a manipulácia s pármi jednotlivých molekúl s dostatočnou presnosťou na účely kvantových výpočtov bola náročná úloha.
Molekuly sa ťažko ochladzujú a ľahko interagujú s okolím, čo znamená, že ľahko vypadnú z jemného kvantového zapleteného stavu (známeho ako nesúdržnosť,
Príkladom takýchto interakcií sú interakcia dipól-dipól: Rovnako ako môže byť kladný koniec jednej polárnej molekuly ťahaný smerom k zápornému koncu inej molekuly.
Rovnaké vlastnosti však tiež robia molekuly sľubnými kandidátmi na qubity v kvantových výpočtoch, pretože ponúkajú nové možnosti výpočtov.
„Ich dlhotrvajúce molekulárne rotačné stavy vytvárajú silné qubity, zatiaľ čo dipólové interakcie medzi molekulami poskytujú veľmi kritická situácia, rozprávanie Fyzik Yicheng Bao a kolegovia z Harvardskej univerzity vo svojom článku.
Qubity sú kvantovou verziou klasických výpočtových bitov, ktoré môžu nadobudnúť hodnotu 0 alebo 1. Na druhej strane qubity môžu reprezentovať veľa možných kombinácií Z 1 a 0 súčasne.
Zapletením qubitov môže ich kombinované kvantové rozmazanie 1 s a 0 s slúžiť ako rýchle kalkulačky v špeciálne navrhnutých algoritmoch.
Molekuly, ktoré sú zložitejšími entitami ako atómy alebo častice, majú inherentnejšie vlastnosti alebo stavy, ktoré je možné kombinovať, aby vytvorili qubit.
„V praxi to znamená, že existujú nové spôsoby uchovávania a spracovania kvantových informácií,“ Hovoria Yucai Lu, postgraduálny študent elektrotechniky a počítačového inžinierstva na Princetonskej univerzite, ktorý je spoluautorom druhej štúdie.
„Napríklad molekula môže vibrovať a rotovať vo viacerých režimoch. Preto môžete použiť dva z týchto režimov na zakódovanie qubitu. Ak je molekulárny druh polárny, musia byť tieto dve molekuly priestorovo oddelené. „Ale môžeme sa aj porozprávať. „
Oba tímy vytvorili ultra-studené molekuly fluoridu vápenatého (CaF) a potom ich jednu po druhej zachytili do optických pinzet.
Pomocou týchto tesne zaostrených lúčov laserového svetla boli molekuly umiestnené v pároch, dostatočne blízko, aby molekula CaF mohla vnímať dlhodosahovú interakciu elektrického dipólu svojho partnera. To vedie k tomu, že každý pár molekúl je spojený do zapleteného kvantového stavu, zatiaľ čo chvíľu predtým boli cudzinci.
Táto metóda v kombinácii s precíznou manipuláciou jednotlivých molekúl „pripravuje cestu pre vývoj nových všestranných platforiem pre kvantové technológie“. píše Augusto Smerzi, fyzik z Národnej rady pre výskum Talianska, zostavil perspektívu.
Smerzi nebol zapojený do výskumu, ale vidí jeho potenciál. Hovorí, že využitím dipólových interakcií molekúl by sa tento systém mohol jedného dňa použiť na vývoj supercitlivých kvantových senzorov schopných detegovať ultraslabé elektrické polia.
„Aplikácie siahajú od elektroencefalografie na meranie elektrickej aktivity v mozgu až po monitorovanie zmien elektrických polí v zemskej kôre pre predpovede zemetrasení,“ povedal. uhádol,
