Tā kā molekulas ir tik lielas un ar tām ir grūti manipulēt, tās jau sen ir ignorējušas fiziķu mēģinājumus ievilināt tās kontrolētas kvantu sapīšanās stāvoklī, kur molekulas ir cieši saistītas pat no attāluma.
Tagad pirmo reizi divām atsevišķām komandām ir izdevies sapīt īpaši aukstu molekulu pārus, izmantojot to pašu metodi: mikroskopiski precīzus optiskos “pincetes slazdus”.
Kvantu sapīšanās ir dīvaina, bet fundamentāla parādība kvantu pasaulē, ko fiziķi cenšas izmantot, lai radītu pirmos komerciālos kvantu datorus.
Visus objektus – no elektroniem līdz atomiem līdz molekulām un pat veselām galaktikām – teorētiski var aprakstīt kā iespēju spektru, pirms tie tiek novēroti. Tikai izmērot īpašumu, laimes rats nosēžas uz skaidru aprakstu.
Ja divi objekti ir sapinušies, zināt kaut ko par viena objekta īpašībām — tā griešanos, stāvokli vai impulsu — uzreiz kalpo kā analoģija otram, pilnībā apstājoties abiem iespējamiem rotācijas riteņiem.
Līdz šim pētnieki laboratorijas eksperimentos ir spējuši savienot jonus, fotonus, atomus un supravadošās ķēdes. Piemēram, pirms trim gadiem komanda sasaistīja triljonus atomu “karstā un haotiskā” gāzē. Iespaidīgi, bet ne pārāk praktiski.
Arī fiziķi ir sapinušies Atoms un molekula Pirms, pat Bioloģiskie kompleksi Atrodas augu šūnās. Bet atsevišķu molekulu pāru kontrole un manipulēšana ar pietiekamu precizitāti kvantu skaitļošanas nolūkiem bija grūtāks uzdevums.
Molekulas ir grūti atdzesēt un viegli mijiedarboties ar apkārtējo vidi, kas nozīmē, ka tās viegli izkrīt no trausliem kvantu sapīšanās stāvokļiem. Dekoherence).
Viens šādas mijiedarbības piemērs ir Dipola-dipola mijiedarbība: veids, kā polārās molekulas pozitīvo galu var vilkt pret citas molekulas negatīvo galu.
Taču šīs pašas īpašības padara molekulas par daudzsološām kubitu kandidātēm kvantu skaitļošanā, jo tās piedāvā jaunas aprēķinu iespējas.
“Viņu liela attāluma molekulārie spin stāvokļi veido spēcīgus kubitus, vienlaikus nodrošinot liela attāluma dipola mijiedarbību starp molekulām Kvantu sapīšanās“,” Viņš paskaidro Hārvardas fiziķis Yicheng Bao un viņa kolēģi savā rakstā.
Kubiti ir klasisko skaitļošanas bitu kvantu versija, kas var pieņemt vērtību 0 vai 1. No otras puses, kubiti var attēlot Iespējamas daudzas kombinācijas 1 un 0 vienlaikus
Savienojot kubitus, 1 un 0 kombinētā kvantu izplūdums var darboties kā ātri kalkulatori īpaši izstrādātos algoritmos.
Molekulām, kas ir sarežģītākas vienības nekā atomiem vai daļiņām, ir vairāk raksturīgas īpašības vai stāvokļi, kurus var savienot kopā, veidojot kubitu.
“Tas praktiski nozīmē, ka ir jauni veidi, kā uzglabāt un apstrādāt kvantu informāciju.” Viņš saka Yucai Lu, Prinstonas elektrotehnikas un datortehnikas maģistrantūras students, kurš bija otrā pētījuma līdzautors.
“Piemēram, molekula var vibrēt un griezties vairākos režīmos. Tātad, jūs varat izmantot divus no šiem režīmiem, lai kodētu kubitu. Ja molekulārā suga ir polāra, divas molekulas var mijiedarboties pat tad, ja tās ir telpiski atdalītas.”
Abas komandas ražoja īpaši aukstas kalcija monofluorīda (CaF) molekulas un pēc tam tās pa vienam ieslodzīja optiskajās pincetēs.
Izmantojot šos cieši fokusētos lāzera gaismas starus, molekulas tika novietotas pa pāriem, pietiekami tuvu, lai CaF molekula varētu sajust sava partnera elektrisko dipola mijiedarbību lielos attālumos. Tas saistīja katru molekulu pāri sapinušies kvantu stāvoklī, īsi pirms tie kļuva dīvaini.
Šī metode, precīzi manipulējot ar atsevišķām molekulām, “paver ceļu jaunu, daudzpusīgu kvantu tehnoloģiju platformu izstrādei.” Viņš raksta Augusto Summerzi, Itālijas Nacionālās pētniecības padomes fiziķis, pavadošā perspektīvā.
Summerzy nebija iesaistīts pētījumā, bet viņš saskata tā potenciālu. Izmantojot molekulu dipolu mijiedarbības priekšrocības, viņš saka, ka sistēmu kādu dienu var izmantot, lai izstrādātu īpaši jutīgus kvantu sensorus, kas spēj noteikt īpaši vājus elektriskos laukus.
“Lietojumprogrammas sniedzas no elektroencefalogrāfijas, lai mērītu elektrisko aktivitāti smadzenēs, lai uzraudzītu izmaiņas elektriskajos laukos Zemes garozā, lai prognozētu zemestrīces.” Viņš spekulē.
