Pretože sú také veľké a ťažko sa s nimi manipuluje, molekuly dlho vzdorovali pokusom fyzikov nalákať ich do stavu kontrolovaného kvantového zapletenia, kde sú molekuly úzko spojené aj na diaľku.

Teraz sa dvom samostatným tímom po prvýkrát podarilo spojiť páry ultrachladných molekúl pomocou rovnakej metódy: mikroskopicky presných optických „pinzetových pascí“.

Kvantové zapletenie je zvláštny, ale základný jav v kvantovom svete, ktorý sa fyzici snažia využiť na vytvorenie prvých komerčných kvantových počítačov.

Všetky objekty – od elektrónov cez atómy až po molekuly a dokonca aj celé galaxie – možno teoreticky opísať ako spektrum možností predtým, ako ich pozorujeme. Až meraním nehnuteľnosti sa koleso náhody usadí na jasnom popise.

Ak sú dva objekty zapletené, vedieť niečo o vlastnostiach jedného objektu – jeho rotácii, polohe alebo hybnosti – okamžite slúži ako analógia k druhému, čím sa obe ich potenciálne kolesá otáčania úplne zastavia.

Výskumníkom sa zatiaľ v laboratórnych experimentoch darí spájať ióny, fotóny, atómy a supravodivé obvody. Napríklad pred tromi rokmi tím naviazal bilióny atómov do „horúceho a chaotického“ plynu. Pôsobivé, no nie veľmi praktické.

Zamotali sa aj fyzici Atóm a molekula Predtým, dokonca Biologické komplexy Nachádza sa v rastlinných bunkách. Ale kontrola a manipulácia s pármi jednotlivých molekúl – s dostatočnou presnosťou na účely kvantových výpočtov – bola ťažšia úloha.

Molekuly sa ťažko ochladzujú a ľahko interagujú s okolím, čo znamená, že ľahko vypadnú z krehkých stavov kvantového zapletenia. Dekoherencia).

Jedným z príkladov takýchto interakcií je Dipól-dipólové interakcie: Spôsob, akým môže byť kladný koniec polárnej molekuly ťahaný smerom k zápornému koncu inej molekuly.

Ale tieto isté vlastnosti robia z molekúl sľubných kandidátov na qubity v kvantových výpočtoch, pretože ponúkajú nové možnosti výpočtov.

„Ich stavy molekulárneho spinu s dlhým dosahom tvoria silné qubity a zároveň poskytujú dipólovú interakciu medzi molekulami na veľké vzdialenosti. Kvantové zapletenie„,“ vysvetľuje Harvardský fyzik Yicheng Bao a jeho kolegovia vo svojom článku.

Qubity sú kvantovou verziou klasických výpočtových bitov, ktoré môžu nadobudnúť hodnotu 0 alebo 1. Qubity na druhej strane môžu predstavovať Mnoho možných kombinácií 1 a 0 súčasne

Spojením qubitov môže kombinovaná kvantová fuzziness 1 a 0 fungovať ako rýchle kalkulačky v špeciálne navrhnutých algoritmoch.

Molekuly, ktoré sú zložitejšími entitami ako atómy alebo častice, majú inherentnejšie vlastnosti alebo stavy, ktoré sa môžu spájať, aby vytvorili qubit.

„To v praxi znamená, že existujú nové spôsoby ukladania a spracovania kvantových informácií.“ On hovorí Yucai Lu, postgraduálny študent elektrotechniky a počítačového inžinierstva na Princetone, ktorý je spoluautorom druhej štúdie.

„Napríklad, molekula môže vibrovať a rotovať vo viacerých režimoch. Takže môžete použiť dva z týchto režimov na zakódovanie qubit. Ak je molekulárny druh polárny, dve molekuly môžu interagovať, aj keď sú priestorovo oddelené.“

Oba tímy vyrobili ultrachladné 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 na to, aby molekula CaF mohla vnímať dlhodosahovú elektrickú dipólovú interakciu svojho partnera. To viazalo každý pár molekúl do zapleteného kvantového stavu, krátko predtým, ako sa stali zvláštnymi.

Táto metóda prostredníctvom presnej manipulácie s jednotlivými molekulami „dláždi cestu pre vývoj nových, všestranných platforiem pre kvantové technológie“. On píše Augusto Summerzi, fyzik z Národnej rady pre výskum v Taliansku, v sprievodnej perspektíve.

Summerzy nebol zapojený do výskumu, ale vidí jeho potenciál. Využitím dipólových interakcií molekúl hovorí, že systém môže byť jedného dňa použitý na vývoj ultracitlivých kvantových senzorov schopných detegovať ultraslabé elektrické polia.

„Aplikácie siahajú od elektroencefalografie na meranie elektrickej aktivity v mozgu cez sledovanie zmien elektrických polí v zemskej kôre až po predpovedanie zemetrasení.“ Špekuluje.

Tieto dve štúdie boli publikované v r vedy, tu A tu.