A fizikusok elképesztő pontossággal „összegabalyítják” az egyes részecskéket: ScienceAlert

Mivel olyan nagyok és nehezen manipulálhatók, a molekulák régóta dacolnak a fizikusok azon kísérleteivel, hogy a szabályozott kvantumösszefonódás állapotába csalják őket, ahol a molekulák még távolról is szorosan összekapcsolódnak.

Most először sikerült két különálló csapatnak ultrahideg molekulapárokat összekuszálnia ugyanazzal a módszerrel: mikroszkopikusan precíz optikai „csipeszcsapdákkal”.

A kvantumösszefonódás egy furcsa, de alapvető jelenség a kvantumvilágban, amelyet a fizikusok megpróbálnak kihasználni az első kereskedelmi kvantumszámítógépek létrehozására.

Valamennyi objektumot – az elektronoktól az atomokon át a molekulákig és akár a teljes galaxisokig – elméletileg a lehetőségek spektrumaként lehet leírni, mielőtt megfigyelnék. Csak az ingatlan mérésével dől el a véletlen kereke egy egyértelmű leíráson.

Ha két tárgy összegabalyodik, az egyik objektum tulajdonságairól – a forgásáról, helyzetéről vagy lendületéről – tudni valamit, azonnal analógiaként szolgál a másikon, és mindkét lehetséges forgási kerekét teljesen leállítja.

A kutatók eddig laboratóriumi kísérleteik során ionokat, fotonokat, atomokat és szupravezető áramköröket tudtak összekapcsolni. Például három évvel ezelőtt egy csapat atomok billióit kötötte „forró és kaotikus” gázzá. Lenyűgöző, de nem túl praktikus.

A fizikusok is belegabalyodtak Atom és molekula Még azelőtt is Biológiai komplexek Növényi sejtekben található. De az egyes molekulák párjait irányítani és manipulálni – kvantumszámítási célokra kellő pontossággal – nehezebb feladat volt.

A molekulákat nehéz lehűteni, és könnyen kölcsönhatásba lépnek környezetükkel, ami azt jelenti, hogy könnyen kiesnek a törékeny kvantumösszefonódási állapotból Dekoherencia).

Az ilyen interakciók egyik példája az Dipól-dipól kölcsönhatások: Az a mód, ahogyan egy poláris molekula pozitív vége egy másik molekula negatív vége felé húzható.

De ugyanezek a tulajdonságok ígéretes jelöltekké teszik a molekulákat a kvantumszámítástechnikában a qubitek számára, mivel új számítási lehetőségeket kínálnak.

„Hosszú hatótávolságú molekuláris spinállapotaik erős kviteket képeznek, miközben hosszú távú dipólus kölcsönhatást biztosítanak a molekulák között Kvantumösszefonódás„,” Magyarázza Yicheng Bao, a harvardi fizikus és munkatársai cikkükben.

A qubitek a klasszikus számítási bitek kvantumváltozata, amelyek 0 vagy 1 értéket vehetnek fel. A qubitek viszont reprezentálhatnak Sokféle kombináció lehetséges 1 és 0 egyszerre

A qubitek összefonásával az 1-esek és a 0-k kombinált kvantumfuzziness-e gyors számológépként működhet a speciálisan kialakított algoritmusokban.

A molekulák, mivel összetettebb entitások, mint az atomok vagy részecskék, több eredendő tulajdonsággal vagy állapottal rendelkeznek, amelyeket összekapcsolva qubitet alkotnak.

„A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy új módszerek léteznek a kvantuminformációk tárolására és feldolgozására.” Mondja Yucai Lu, a Princetonban végzett villamos és számítástechnikai mérnök hallgató, a második tanulmány társszerzője.

„Például egy molekula több módban is rezeghet és foroghat. Tehát ezek közül kettőt használhatsz egy qubit kódolására. Ha egy molekulafaj poláris, akkor két molekula akkor is kölcsönhatásba léphet, ha térben elkülönülnek.”

Mindkét csapat ultrahideg kalcium-monofluorid (CaF) molekulákat állított elő, majd egyenként befogta őket optikai csipeszbe.

A szorosan fókuszált lézerfénysugarak segítségével a molekulákat párokban helyezték el, elég közel ahhoz, hogy a CaF molekula érzékelje partnere nagy hatótávolságú elektromos dipólus kölcsönhatását. Ez minden egyes molekulapárt összegabalyodott kvantumállapotba kötötte, röviddel azelőtt, hogy különössé váltak volna.

Ez a módszer az egyes molekulák precíz manipulálásával „kikövezi az utat a kvantumtechnológiák új, sokoldalú platformjainak kifejlesztése előtt”. Ír Augusto Summerzi, az olaszországi Nemzeti Kutatási Tanács fizikusa a kísérő perspektívában.

Summerzy nem vett részt a kutatásban, de látja a benne rejlő lehetőségeket. A molekulák dipólus kölcsönhatásait kihasználva azt mondja, hogy a rendszert egy napon olyan ultraérzékeny kvantumérzékelők kifejlesztésére használhatják, amelyek képesek ultragyenge elektromos mezők észlelésére.

„Az alkalmazások kiterjednek az elektroencefalográfiától az agy elektromos aktivitásának mérésére, a földkéreg elektromos mezőiben bekövetkezett változások nyomon követésén át a földrengések előrejelzéséig.” Azt találgatja.

A két tanulmány ben jelent meg Tudományok, itt És itt.