Fizicienii „încurcă” particulele individuale cu o precizie uluitoare: ScienceAlert

Deoarece sunt atât de mari și greu de manipulat, moleculele au sfidat mult timp încercările fizicienilor de a le atrage într-o stare de întricare cuantică controlată, în care moleculele sunt strâns legate chiar și la distanță.

Acum, pentru prima dată, două echipe separate au reușit să încurce perechi de molecule ultra-reci folosind aceeași metodă: „capcane cu pensete” optice precise la microscop.

Entanglementul cuantic este un fenomen ciudat, dar fundamental în lumea cuantică, de care fizicienii încearcă să profite pentru a crea primele computere cuantice comerciale.

Toate obiectele – de la electroni la atomi la molecule și chiar galaxii întregi – pot fi descrise teoretic ca un spectru de posibilități înainte de a fi observate. Numai prin măsurarea proprietății, roata șansei se stabilește pe o descriere clară.

Dacă două obiecte sunt încurcate, știind ceva despre proprietățile unui obiect – rotația, poziția sau impulsul său – servește imediat ca o analogie pentru celălalt, aducând ambele roți potențiale de rotație la o oprire completă.

Până acum, cercetătorii au reușit să conecteze ionii, fotonii, atomii și circuitele supraconductoare în experimente de laborator. De exemplu, acum trei ani, o echipă a legat trilioane de atomi într-un gaz „fierbinte și haotic”. Impresionant, dar nu foarte practic.

Fizicienii s-au încurcat și ei Atom și moleculă Înainte, chiar Complexe biologice Se găsește în celulele vegetale. Dar controlul și manipularea perechilor de molecule individuale – cu suficientă precizie pentru scopuri de calcul cuantic – a fost o sarcină mai dificilă.

Moleculele sunt greu de răcit și interacționează cu ușurință cu mediul înconjurător, ceea ce înseamnă că ies cu ușurință din stările fragile de intricare cuantică. Decoerența).

Un exemplu de astfel de interacțiuni este Interacțiuni dipol-dipol: Modul în care capătul pozitiv al unei molecule polare poate fi tras spre capătul negativ al altei molecule.

Dar aceleași proprietăți fac moleculele candidați promițători pentru qubiți în calculul cuantic, deoarece oferă noi posibilități de calcul.

„Starile lor de spin molecular pe rază lungă formează qubiți puternici, oferind în același timp interacțiune dipol pe distanță lungă între molecule. Legatura cuantica„,” El explica Fizicianul de la Harvard Yicheng Bao și colegii săi, în lucrarea lor.

Qubiții sunt versiunea cuantică a biților de calcul clasici, care pot lua o valoare de 0 sau 1. Qubiții, pe de altă parte, pot reprezenta Multe combinații posibile 1 și 0 în același timp

Prin încurcarea qubiților, neclaritatea cuantică combinată a lui 1 și 0 poate acționa ca calculatoare rapide în algoritmi special proiectați.

Moleculele, fiind entități mai complexe decât atomii sau particulele, au mai multe proprietăți sau stări inerente, care pot fi cuplate împreună pentru a forma un qubit.

„Ceea ce înseamnă acest lucru, în termeni practici, este că există noi modalități de stocare și procesare a informațiilor cuantice.” El spune Yucai Lu, un student absolvent în inginerie electrică și informatică la Princeton, care a fost coautor al celui de-al doilea studiu.

„De exemplu, o moleculă poate vibra și se poate roti în mai multe moduri. Deci, puteți folosi două dintre aceste moduri pentru a codifica un qubit. Dacă o specie moleculară este polară, două molecule pot interacționa chiar și atunci când sunt separate spațial”.

Ambele echipe au produs molecule ultrareci de monofluorura de calciu (CaF) si apoi le-au prins, una cate una, in pensete optice.

Folosind aceste fascicule strâns focalizate de lumină laser, moleculele au fost plasate în perechi, suficient de aproape încât molecula de CaF să poată simți interacțiunea dipolului electric pe distanță lungă a partenerului său. Aceasta a legat fiecare pereche de molecule într-o stare cuantică încurcată, cu puțin timp înainte ca acestea să devină ciudate.

Această metodă, prin manipularea precisă a moleculelor individuale, „pregătește calea pentru dezvoltarea de noi platforme versatile pentru tehnologii cuantice”. El scrie Augusto Summerzi, fizician la Consiliul Național de Cercetare din Italia, într-o perspectivă însoțitoare.

Summerzy nu a fost implicat în cercetare, dar îi vede potențialul. Profitând de interacțiunile dipolului moleculelor, el spune că sistemul ar putea fi folosit într-o zi pentru a dezvolta senzori cuantici ultra-sensibili capabili să detecteze câmpuri electrice ultra-slabe.

„Aplicațiile se extind de la electroencefalografie pentru măsurarea activității electrice din creier la monitorizarea schimbărilor în câmpurile electrice din scoarța terestră și la prezicerea cutremurelor”. El speculează.

Cele două studii au fost publicate în Științe, Aici Și Aici.