Фізики вперше створили квантову заплутаність між окремими молекулами

Пов'язані частки можна використовувати для квантових обчислень. Дослідження опубліковано у журналі Science.

Фізики з Прінстонського університету вперше заплутали квантові стани двох окремих молекул. До цього часу квантової заплутаності вдавалося досягти лише частинок, окремих атомів і іонів. Пов'язані молекули стають новим кандидатом у кубити для квантових обчислень.

Для експерименту дослідники обрали полярні молекули фториду кальцію, які можна охолоджувати за допомогою лазерів до наднизьких температур, де проявляються ефекти квантової механіки. Окремі охолоджені молекули фізики захопили за допомогою складної системи щільно сфокусованих лазерних променів — оптичного пінцету. Керуючи «пінцетом», фізики створили ізольовані пари молекул та бездефектні ланцюжки молекул.

Потім вчені закодували кубіт у молекулу. Їм удалося показати, що цей молекулярний кубит залишається когерентним; тобто він запам'ятав свою суперпозицію. Щоб заплутати молекули, за допомогою серії мікрохвильових імпульсів фізики змусили їх взаємодіяти узгодженим чином.

Підтримуючи взаємодію імпульсами протягом певного періоду часу, вчені реалізували двокубітний вентиль, який заплутував дві молекули. Це важливо, оскільки такий вентиль є будівельним блоком для універсальних цифрових квантових обчислень.

У молекул є переваги, які роблять їх найкращими кандидатами для певних додатків у квантовій обробці інформації та квантовому моделюванні складних матеріалів. Наприклад, порівняно з атомами молекули мають більше квантових ступенів свободи та можуть взаємодіяти новими способами.

На практиці це означає, що існують нові способи зберігання та обробки квантової інформації. Наприклад, молекула може вібрувати та обертатися в декількох режимах. Таким чином, можна використовувати два з цих режимів для кодування кубіту. Якщо молекула полярна, дві молекули можуть взаємодіяти, навіть якщо вони просторово розділені.

Юкай Лу , співавтор статті та аспірант Прінстонського університету