物理学者は個々の粒子を驚くべき精度で「絡み合わせる」：ScienceAlert

分子は非常に大きく操作が難しいため、遠く離れていても分子が密接に結合する制御された量子もつれの状態に分子を誘惑しようとする物理学者の試みに長い間抵抗してきました。

今回、2つの別々のチームが、同じ方法、すなわち顕微鏡的に精密な光学「ピンセットトラップ」を使用して、極低温分子のペアを絡ませることに初めて成功した。

量子のもつれは、量子の世界における奇妙だが基本的な現象であり、物理学者はこれを利用して初の商用量子コンピューターを作成しようとしている。

電子から原子、分子、さらには銀河全体に至るまで、すべての物体は、観測される前に可能性のスペクトルとして理論的に説明できます。 特性を測定することによってのみ、偶然の輪は明確な説明に落ち着きます。

2 つの物体が絡まっている場合、一方の物体の性質 (回転、位置、運動量) について何かを知ることは、すぐにもう一方の物体の類推として機能し、潜在的な回転の車輪の両方を完全に停止させます。

これまでのところ、研究者らは室内実験でイオン、光子、原子、超伝導回路を接続することに成功している。 たとえば、3 年前、研究チームは数兆個の原子を「高温で混沌とした」ガスに結合しました。 印象的ですが、あまり実用的ではありません。

物理学者も巻き込まれている 原子と分子 以前にも、 生物学的複合体 植物細胞に存在します。 しかし、個々の分子のペアを量子コンピューティングの目的に十分な精度で制御および操作することは、より困難な作業でした。

分子は冷却されにくく、周囲と容易に相互作用します。つまり、分子は脆弱な量子もつれ状態から簡単に抜け落ちます。 デコヒーレンス）。

そのような相互作用の一例は、 双極子間相互作用: 極性分子のプラス端を別の分子のマイナス端に向かって引っ張る方法。

しかし、これらの同じ特性により、分子は計算に新たな可能性をもたらすため、量子コンピューティングにおける量子ビットの有望な候補となります。

「それらの長距離分子スピン状態は、分子間に長距離双極子相互作用を提供しながら、強力な量子ビットを形成します。 量子もつれ「、」 彼は説明する ハーバード大学の物理学者、イーチェン・バオ氏とその同僚が論文で述べた。

量子ビットは、古典的なコンピューティング ビットの量子バージョンであり、0 または 1 の値を取ることができます。一方、量子ビットは次のことを表現できます。 多くの組み合わせが可能 1 と 0 を同時に

量子ビットをもつれさせることにより、1 と 0 を組み合わせた量子ファジー性が、特別に設計されたアルゴリズムの高速計算機として機能します。

分子は原子や粒子よりも複雑な実体であり、より固有の特性や状態を持ち、それらが結合して量子ビットを形成することができます。

「これが実際に意味するのは、量子情報を保存および処理する新しい方法があるということです。」 彼は言う。 2番目の研究の共著者であるプリンストン大学の電気工学およびコンピュータ工学の大学院生であるYucai Lu氏は、次のように述べています。

「たとえば、分子は複数のモードで振動したり回転したりすることができます。したがって、これらのモードのうち 2 つを使用して量子ビットをエンコードできます。分子種が極性であれば、2 つの分子は空間的に離れていても相互作用できます。」

両チームは極低温の一フッ化カルシウム (CaF) 分子を生成し、それを光ピンセットで 1 つずつ捕捉しました。

これらの厳密に焦点を合わせたレーザー光線を使用して、CaF 分子が相手の長距離電気双極子相互作用を感知できるほど十分近くに、分子をペアで配置しました。 これにより、分子の各ペアは、奇妙な状態になる直前に、もつれた量子状態に結合されました。

この方法は、個々の分子を正確に操作することにより、「量子技術のための新しい多用途プラットフォームの開発への道を切り開きます」。 彼は書く イタリア国立研究評議会の物理学者、アウグスト・サマージ氏の視点も添えて。

サマージー氏はこの研究には関与していないが、その可能性を感じている。 分子の双極子相互作用を利用することで、このシステムはいつか、超微弱電場を検出できる超高感度量子センサーの開発に使用されるかもしれない、と彼は言う。

「応用例は、脳内の電気活動を測定する脳波検査から、地殻内の電場の変化の監視、地震の予測まで多岐にわたります。」 彼は推測する。

2つの研究は、 科学、 ここ そして ここ。