Fizikçiler bireysel parçacıkları şaşırtıcı bir hassasiyetle ‘dolaşıklaştırıyor’: ScienceAlert

Moleküller çok büyük oldukları ve manipüle edilmeleri zor olduğu için fizikçilerin onları kontrollü bir kuantum dolanıklık durumuna çekme girişimlerine uzun süredir meydan okuyorlar; burada moleküller uzaktan bile yakından bağlantılıdır.

Şimdi, ilk kez, iki ayrı ekip aynı yöntemi kullanarak aşırı soğuk molekül çiftlerini dolaştırmayı başardı: mikroskobik açıdan hassas optik “cımbız tuzakları.”

Kuantum dolaşıklığı, fizikçilerin ilk ticari kuantum bilgisayarlarını oluşturmak için faydalanmaya çalıştığı, kuantum dünyasındaki tuhaf ama temel bir olgudur.

Elektronlardan atomlara, moleküllere ve hatta galaksilerin tamamına kadar tüm nesneler, gözlemlenmeden önce teorik olarak bir olasılıklar spektrumu olarak tanımlanabilir. Şans çarkı ancak özelliği ölçerek net bir tanımlamaya varır.

İki nesne birbirine dolanmışsa, bir nesnenin özellikleri (dönmesi, konumu veya momentumu) hakkında bir şeyler bilmek, anında diğeri için bir benzetme işlevi görür ve her iki potansiyel dönme çarkını da tamamen durdurur.

Şimdiye kadar araştırmacılar laboratuvar deneylerinde iyonları, fotonları, atomları ve süper iletken devreleri bağlamayı başardılar. Örneğin üç yıl önce bir ekip trilyonlarca atomu “sıcak ve kaotik” bir gaza bağladı. Etkileyici ama pek pratik değil.

Fizikçiler de karıştı Atom ve molekül Hatta daha önce Biyolojik kompleksler Bitki hücrelerinde bulunur. Ancak tek tek molekül çiftlerini kuantum hesaplama amaçları için yeterli hassasiyetle kontrol etmek ve manipüle etmek daha zor bir işti.

Moleküllerin soğuması zordur ve çevreleriyle kolayca etkileşime girerler; bu da onların kırılgan kuantum dolaşıklık durumlarından kolaylıkla düşebilecekleri anlamına gelir. Uyumsuzluk).

Bu tür etkileşimlere bir örnek Dipol-dipol etkileşimleri: Polar bir molekülün pozitif ucunun başka bir molekülün negatif ucuna doğru çekilmesidir.

Ancak aynı özellikler, molekülleri kuantum hesaplamada kübitler için umut verici adaylar haline getiriyor çünkü hesaplama için yeni olanaklar sunuyorlar.

“Uzun menzilli moleküler spin durumları, moleküller arasında uzun menzilli dipol etkileşimi sağlarken güçlü kübitler oluşturur Kuantum dolaşıklığı“ Açıklıyor Harvard’lı fizikçi Yicheng Bao ve meslektaşları makalelerinde.

Qubitler, klasik hesaplama bitlerinin 0 veya 1 değerini alabilen kuantum versiyonudur. Qubitler ise, 0 veya 1 değerini temsil edebilir. Birçok kombinasyon mümkün 1 ve 0 aynı anda

Kübitleri dolaştırarak, 1’lerin ve 0’ların birleşik kuantum bulanıklığı, özel olarak tasarlanmış algoritmalarda hızlı hesaplayıcılar olarak hareket edebilir.

Atomlardan veya parçacıklardan daha karmaşık varlıklar olan moleküller, bir kübit oluşturmak üzere bir araya getirilebilecek daha fazla doğal özelliğe veya duruma sahiptir.

“Pratik açıdan bunun anlamı, kuantum bilgisini depolamanın ve işlemenin yeni yollarının olduğudur.” o diyor İkinci çalışmanın ortak yazarı, Princeton’da elektrik ve bilgisayar mühendisliği alanında yüksek lisans öğrencisi olan Yucai Lu.

“Örneğin, bir molekül birden fazla modda titreşebilir ve dönebilir. Yani bir kübiti kodlamak için bu modlardan ikisini kullanabilirsiniz. Bir moleküler tür kutupsalsa, iki molekül uzaysal olarak ayrılmış olsalar bile etkileşime girebilir.”

Her iki ekip de ultra soğuk kalsiyum monoflorür (CaF) molekülleri üretti ve ardından bunları birer birer optik cımbızlara hapsetti.

Bu sıkı odaklanmış lazer ışığı ışınlarını kullanarak moleküller, CaF molekülünün partnerinin uzun menzilli elektriksel dipol etkileşimini algılayabileceği kadar yakına çiftler halinde yerleştirildi. Bu, her bir molekül çiftini, tuhaf hale gelmeden kısa bir süre önce dolaşmış bir kuantum durumuna bağladı.

Bu yöntem, bireysel moleküllerin hassas manipülasyonu yoluyla “kuantum teknolojileri için yeni, çok yönlü platformların geliştirilmesinin önünü açıyor.” O yazıyor İtalya’daki Ulusal Araştırma Konseyi’nde fizikçi olan Augusto Summerzi, eşlik eden bir bakış açısıyla.

Summerzy araştırmaya dahil değildi ancak potansiyelini görüyor. Moleküllerin dipol etkileşimlerinden yararlanarak sistemin bir gün ultra zayıf elektrik alanlarını tespit edebilen ultra hassas kuantum sensörleri geliştirmek için kullanılabileceğini söylüyor.

“Uygulamalar, beyindeki elektriksel aktiviteyi ölçmek için elektroensefalografiden, yer kabuğundaki elektrik alanlarındaki değişiklikleri izlemeye ve depremleri tahmin etmeye kadar uzanır.” O spekülasyon yapıyor.

İki çalışma da yayınlandı Bilimler, Burada Ve Burada.