Nanoteknologi Sekarang - Siaran Pers: Fisikawan 'menjerat' Molekul Individu Untuk Pertama Kalinya, Mempercepat Kemungkinan Pemrosesan Informasi Kuantum: Dalam Pekerjaan yang Dapat Menghasilkan Komputasi Kuantum yang Lebih Kuat, Peneliti Princeton Telah Berhasil Memaksa Molekul Menjadi Keterikatan Kuantum

Diterbitkan Ulang Oleh Plato

Followers: 0

Beranda > Tekan > Fisikawan ‘menjerat’ molekul individu untuk pertama kalinya, mempercepat kemungkinan pemrosesan informasi kuantum: Dalam upaya yang dapat mengarah pada komputasi kuantum yang lebih kuat, para peneliti Princeton telah berhasil memaksa molekul ke dalam belitan kuantum

Pengaturan laser untuk mendinginkan, mengendalikan, dan menjerat molekul individu.

KREDIT
Foto oleh Richard Soden, Departemen Fisika, Universitas Princeton

Laser setup for cooling, controlling, and entangling individual molecules.

KREDIT
Photo by Richard Soden, Department of Physics, Princeton University

Abstrak:
Untuk pertama kalinya, tim fisikawan Princeton mampu menghubungkan molekul-molekul individu menjadi keadaan khusus yang “terjerat” secara mekanis kuantum. Dalam keadaan yang aneh ini, molekul-molekul tetap berkorelasi satu sama lain—dan dapat berinteraksi secara bersamaan—meskipun jaraknya sangat jauh, atau bahkan jika mereka menempati ujung yang berlawanan di alam semesta. Penelitian ini baru-baru ini dipublikasikan di jurnal Science.

Fisikawan 'menjerat' molekul individu untuk pertama kalinya, mempercepat kemungkinan pemrosesan informasi kuantum: Dalam upaya yang dapat mengarah pada komputasi kuantum yang lebih kuat, para peneliti Princeton telah berhasil memaksa molekul ke dalam belitan kuantum

Princeton, NJ | Diposting pada 8 Desember 2023

“Ini adalah terobosan dalam dunia molekul karena pentingnya keterikatan kuantum,” kata Lawrence Cheuk, asisten profesor fisika di Universitas Princeton dan penulis senior makalah tersebut. “Tetapi ini juga merupakan terobosan dalam penerapan praktis karena molekul yang terjerat dapat menjadi landasan bagi banyak penerapan di masa depan.”

Ini termasuk, misalnya, komputer kuantum yang dapat memecahkan masalah tertentu jauh lebih cepat daripada komputer konvensional, simulator kuantum yang dapat memodelkan material kompleks yang perilakunya sulit untuk dimodelkan, dan sensor kuantum yang dapat mengukur lebih cepat dibandingkan komputer tradisional.

“Salah satu motivasi dalam melakukan sains kuantum adalah bahwa dalam dunia praktis ternyata jika Anda memanfaatkan hukum mekanika kuantum, Anda dapat melakukan jauh lebih baik di banyak bidang,” kata Connor Holland, mahasiswa pascasarjana di departemen fisika. dan rekan penulis pada karya tersebut.

Kemampuan perangkat kuantum untuk mengungguli perangkat klasik dikenal sebagai “keunggulan kuantum”. Dan inti dari keunggulan kuantum adalah prinsip superposisi dan keterikatan kuantum. Meskipun bit komputer klasik dapat mengasumsikan nilai 0 atau 1, bit kuantum, yang disebut qubit, dapat secara bersamaan berada dalam superposisi 0 dan 1. Konsep terakhir, keterjeratan, adalah landasan utama mekanika kuantum, dan terjadi ketika dua partikel-partikel menjadi saling terkait satu sama lain sehingga hubungan ini tetap ada, meskipun satu partikel berjarak beberapa tahun cahaya dari partikel lainnya. Fenomena inilah yang digambarkan oleh Albert Einstein, yang awalnya mempertanyakan validitasnya, sebagai “aksi seram dari kejauhan”. Sejak saat itu, para fisikawan telah menunjukkan bahwa keterjeratan sebenarnya merupakan deskripsi akurat tentang dunia fisik dan bagaimana realitas disusun.

“Keterikatan kuantum adalah konsep mendasar,” kata Cheuk, “tetapi ini juga merupakan unsur utama yang memberikan keunggulan kuantum.”

Namun membangun keunggulan kuantum dan mencapai keterikatan kuantum yang terkendali masih merupakan sebuah tantangan, terutama karena para insinyur dan ilmuwan masih belum mengetahui platform fisik mana yang terbaik untuk menciptakan qubit. Dalam beberapa dekade terakhir, banyak teknologi berbeda—seperti ion yang terperangkap, foton, sirkuit superkonduktor, dan masih banyak lagi—telah dieksplorasi sebagai kandidat untuk komputer dan perangkat kuantum. Sistem kuantum atau platform qubit yang optimal mungkin bergantung pada aplikasi spesifik.

Namun, hingga percobaan ini, molekul telah lama menentang keterikatan kuantum yang dapat dikendalikan. Namun Cheuk dan rekan-rekannya menemukan cara, melalui manipulasi yang cermat di laboratorium, untuk mengontrol molekul individu dan membujuk mereka ke dalam keadaan kuantum yang saling terkait ini. Mereka juga percaya bahwa molekul memiliki keunggulan tertentu—dibandingkan atom, misalnya—yang membuatnya sangat cocok untuk aplikasi tertentu dalam pemrosesan informasi kuantum dan simulasi kuantum pada material kompleks. Dibandingkan dengan atom, misalnya, molekul memiliki lebih banyak derajat kebebasan kuantum dan dapat berinteraksi dengan cara baru.

“Artinya, secara praktis, ada cara-cara baru untuk menyimpan dan memproses informasi kuantum,” kata Yukai Lu, seorang mahasiswa pascasarjana di bidang teknik elektro dan komputer dan salah satu penulis makalah tersebut. “Misalnya, sebuah molekul dapat bergetar dan berputar dalam berbagai mode. Jadi, Anda dapat menggunakan dua mode ini untuk menyandikan qubit. Jika spesies molekulnya polar, dua molekul dapat berinteraksi meskipun terpisah secara spasial.”

Meskipun demikian, molekul terbukti sangat sulit dikendalikan di laboratorium karena kompleksitasnya. Tingkat kebebasan yang membuat mereka menarik juga membuat mereka sulit dikendalikan, atau dikurung, di lingkungan laboratorium.

Cheuk dan timnya mengatasi banyak tantangan ini melalui eksperimen yang dipikirkan dengan matang. Mereka pertama kali memilih spesies molekuler yang bersifat polar dan dapat didinginkan dengan laser. Mereka kemudian mendinginkan molekul dengan laser hingga suhu sangat dingin di mana mekanika kuantum menjadi pusat perhatian. Molekul-molekul individual kemudian diambil oleh sistem kompleks sinar laser yang sangat terfokus, yang disebut “penjepit optik”. Dengan merekayasa posisi pinset, mereka mampu membuat susunan besar molekul tunggal dan secara individual memposisikannya ke dalam konfigurasi satu dimensi yang diinginkan. Misalnya, mereka menciptakan pasangan molekul yang terisolasi dan juga rangkaian molekul yang bebas cacat.

Selanjutnya, mereka mengkodekan qubit ke dalam keadaan molekul yang tidak berputar dan berputar. Mereka mampu menunjukkan bahwa qubit molekuler ini tetap koheren, yaitu mengingat superposisinya. Singkatnya, para peneliti menunjukkan kemampuan untuk menciptakan qubit yang terkontrol dengan baik dan koheren dari molekul yang dikontrol secara individual.

Untuk menjerat molekul, mereka harus membuat molekul tersebut berinteraksi. Dengan menggunakan serangkaian gelombang mikro, mereka mampu membuat molekul individu berinteraksi satu sama lain secara koheren. Dengan membiarkan interaksi berlangsung dalam jangka waktu yang tepat, mereka mampu menerapkan gerbang dua qubit yang menjerat dua molekul. Hal ini penting karena gerbang dua qubit yang rumit merupakan landasan bagi komputasi kuantum digital universal dan simulasi material kompleks.

Potensi penelitian ini untuk menyelidiki berbagai bidang ilmu kuantum sangatlah besar, mengingat fitur-fitur inovatif yang ditawarkan oleh platform baru susunan penjepit molekuler ini. Secara khusus, tim Princeton tertarik untuk mengeksplorasi fisika dari banyak molekul yang berinteraksi, yang dapat digunakan untuk mensimulasikan sistem banyak benda kuantum di mana perilaku muncul yang menarik seperti bentuk magnet baru dapat muncul.

“Penggunaan molekul untuk ilmu kuantum adalah sebuah terobosan baru dan demonstrasi kami mengenai keterjeratan on-demand merupakan langkah kunci dalam menunjukkan bahwa molekul dapat digunakan sebagai platform yang layak untuk ilmu kuantum,” kata Cheuk.

Dalam artikel terpisah yang diterbitkan dalam edisi yang sama Science, sebuah kelompok penelitian independen yang dipimpin oleh John Doyle dan Kang-Kuen Ni di Universitas Harvard dan Wolfgang Ketterle di Institut Teknologi Massachusetts mencapai hasil serupa.

“Fakta bahwa mereka mendapatkan hasil yang sama membuktikan keandalan hasil kami,” kata Cheuk. “Mereka juga menunjukkan bahwa susunan penjepit molekuler menjadi platform baru yang menarik untuk ilmu kuantum.”

####

Untuk informasi lebih lanjut, silakan klik di sini

Kontak:
Catherine Zandonella
Princeton University
Kantor: 609-258-0541
Kontak Ahli

Lawrence W.Cheuk
Princeton University
@Princeton

Hak Cipta © Universitas Princeton

Jika Anda punya komentar, silakan Kontak kita.

Penerbit rilis berita, bukan 7th Wave, Inc. atau Nanotechnology Now, semata-mata bertanggung jawab atas keakuratan konten.

Bookmark: