Nanotechnologie nu – Persbericht: Natuurkundigen ‘verstrikken’ voor het eerst individuele moleculen, waardoor de mogelijkheden voor kwantuminformatieverwerking worden versneld: in werk dat zou kunnen leiden tot robuustere kwantumcomputers zijn Princeton-onderzoekers erin geslaagd moleculen tot kwantumverstrengeling te dwingen

Home > Media > Natuurkundigen ‘verstrengelen’ voor het eerst individuele moleculen, waardoor de mogelijkheden voor kwantuminformatieverwerking worden versneld: in werk dat zou kunnen leiden tot robuustere kwantumcomputers zijn Princeton-onderzoekers erin geslaagd moleculen tot kwantumverstrengeling te dwingen

Laseropstelling voor het koelen, controleren en verstrengelen van individuele moleculen. CREDIT Foto door Richard Soden, afdeling natuurkunde, Princeton University

Abstract:
Voor het eerst is een team van natuurkundigen uit Princeton erin geslaagd individuele moleculen met elkaar te verbinden in speciale toestanden die kwantummechanisch ‘verstrengeld’ zijn. In deze bizarre toestanden blijven de moleculen met elkaar gecorreleerd – en kunnen ze tegelijkertijd interageren – zelfs als ze kilometers uit elkaar liggen, of zelfs als ze tegenover elkaar gelegen uiteinden van het universum bezetten. Dit onderzoek is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Science.

Natuurkundigen 'verstrengelen' voor het eerst individuele moleculen, waardoor de mogelijkheden voor kwantuminformatieverwerking worden versneld: in werk dat zou kunnen leiden tot robuustere kwantumcomputers zijn Princeton-onderzoekers erin geslaagd moleculen tot kwantumverstrengeling te dwingen

Princeton, NJ | Geplaatst op 8 december 2023

“Dit is een doorbraak in de wereld van moleculen vanwege het fundamentele belang van kwantumverstrengeling”, zegt Lawrence Cheuk, assistent-professor natuurkunde aan de Princeton University en senior auteur van het artikel. “Maar het is ook een doorbraak voor praktische toepassingen, omdat verstrengelde moleculen de bouwstenen kunnen zijn voor veel toekomstige toepassingen.”

Hiertoe behoren bijvoorbeeld kwantumcomputers die bepaalde problemen veel sneller kunnen oplossen dan conventionele computers, kwantumsimulators die complexe materialen kunnen modelleren waarvan het gedrag moeilijk te modelleren is, en kwantumsensoren die sneller kunnen meten dan hun traditionele tegenhangers.

“Een van de motivaties bij het beoefenen van kwantumwetenschap is dat het in de praktijk blijkt dat als je de wetten van de kwantummechanica benut, je op veel gebieden veel beter kunt presteren”, zegt Connor Holland, een afgestudeerde student aan de afdeling natuurkunde. en een co-auteur van het werk.

Het vermogen van kwantumapparaten om beter te presteren dan klassieke apparaten staat bekend als ‘kwantumvoordeel’. En de kern van kwantumvoordeel zijn de principes van superpositie en kwantumverstrengeling. Terwijl een klassiek computerbit de waarde 0 of 1 kan aannemen, kunnen kwantumbits, qubits genoemd, zich tegelijkertijd in een superpositie van 0 en 1 bevinden. Dit laatste concept, verstrengeling, is een belangrijke hoeksteen van de kwantummechanica en treedt op wanneer twee deeltjes raken onlosmakelijk met elkaar verbonden zodat deze verbinding blijft bestaan, zelfs als het ene deeltje lichtjaren verwijderd is van het andere deeltje. Het is het fenomeen dat Albert Einstein, die aanvankelijk de geldigheid ervan in twijfel trok, omschreef als ‘spookachtige actie op afstand’. Sindsdien hebben natuurkundigen aangetoond dat verstrengeling in feite een nauwkeurige beschrijving is van de fysieke wereld en hoe de werkelijkheid is gestructureerd.

“Kwantumverstrengeling is een fundamenteel concept”, zegt Cheuk, “maar het is ook het belangrijkste ingrediënt dat kwantumvoordeel oplevert.”

Maar het opbouwen van kwantumvoordeel en het bereiken van beheersbare kwantumverstrengeling blijft een uitdaging, niet in de laatste plaats omdat ingenieurs en wetenschappers nog steeds onduidelijk zijn over welk fysiek platform het beste is voor het creëren van qubits. In de afgelopen decennia zijn veel verschillende technologieën – zoals gevangen ionen, fotonen, supergeleidende circuits, om er maar een paar te noemen – onderzocht als kandidaten voor kwantumcomputers en apparaten. Het optimale kwantumsysteem of qubit-platform kan heel goed afhangen van de specifieke toepassing.

Tot dit experiment hadden moleculen echter lange tijd de beheersbare kwantumverstrengeling getrotseerd. Maar Cheuk en zijn collega's hebben door zorgvuldige manipulatie in het laboratorium een ​​manier gevonden om individuele moleculen te controleren en ze in deze in elkaar grijpende kwantumtoestanden te lokken. Ze geloofden ook dat moleculen bepaalde voordelen hebben – bijvoorbeeld ten opzichte van atomen – waardoor ze bijzonder geschikt zijn voor bepaalde toepassingen in de verwerking van kwantuminformatie en de kwantumsimulatie van complexe materialen. Vergeleken met atomen hebben moleculen bijvoorbeeld meer kwantumvrijheidsgraden en kunnen ze op nieuwe manieren interageren.

“Wat dit in praktische termen betekent, is dat er nieuwe manieren zijn om kwantuminformatie op te slaan en te verwerken”, zegt Yukai Lu, een afgestudeerde student elektrotechniek en computertechniek en co-auteur van het artikel. “Een molecuul kan bijvoorbeeld op meerdere manieren trillen en roteren. U kunt dus twee van deze modi gebruiken om een ​​qubit te coderen. Als de moleculaire soort polair is, kunnen twee moleculen interageren, zelfs als ze ruimtelijk gescheiden zijn.”

Desalniettemin zijn moleculen notoir moeilijk te controleren in het laboratorium gebleken vanwege hun complexiteit. Juist de vrijheidsgraden die ze aantrekkelijk maken, maken ze ook moeilijk te controleren of bijeen te brengen in laboratoriumomgevingen.

Cheuk en zijn team hebben veel van deze uitdagingen aangepakt via een zorgvuldig doordacht experiment. Ze kozen eerst een moleculaire soort die zowel polair is als kan worden gekoeld met lasers. Vervolgens hebben ze de moleculen met een laser gekoeld tot ultrakoude temperaturen waarbij de kwantummechanica centraal staat. Individuele moleculen werden vervolgens opgepikt door een complex systeem van strak gefocusseerde laserstralen, de zogenaamde ‘optische pincetten’. Door de posities van de pincetten te manipuleren, konden ze grote reeksen afzonderlijke moleculen creëren en deze individueel in elke gewenste eendimensionale configuratie positioneren. Ze creëerden bijvoorbeeld geïsoleerde moleculenparen en ook defectvrije reeksen moleculen.

Vervolgens codeerden ze een qubit in een niet-roterende en roterende toestand van het molecuul. Ze konden aantonen dat deze moleculaire qubit coherent bleef, dat wil zeggen dat hij zich zijn superpositie herinnerde. Kortom, de onderzoekers demonstreerden het vermogen om goed gecontroleerde en coherente qubits te creëren uit individueel gecontroleerde moleculen.

Om de moleculen te verstrengelen, moesten ze de moleculen met elkaar laten interacteren. Door een reeks microgolfpulsen te gebruiken, waren ze in staat individuele moleculen op een coherente manier met elkaar te laten interacteren. Door de interactie een bepaalde tijd te laten doorgaan, konden ze een poort van twee qubit implementeren die twee moleculen met elkaar verstrengelde. Dit is belangrijk omdat een dergelijke verwarrende poort van twee qubits een bouwsteen is voor zowel universele digitale kwantumcomputers als voor de simulatie van complexe materialen.

Het potentieel van dit onderzoek voor het onderzoeken van verschillende gebieden van de kwantumwetenschap is groot, gezien de innovatieve kenmerken die dit nieuwe platform van moleculaire pincetarrays biedt. In het bijzonder is het Princeton-team geïnteresseerd in het onderzoeken van de fysica van veel op elkaar inwerkende moleculen, die kunnen worden gebruikt om kwantumsystemen met veel lichamen te simuleren waar interessant opkomend gedrag zoals nieuwe vormen van magnetisme kan optreden.

“Het gebruik van moleculen voor de kwantumwetenschap is een nieuwe grens en onze demonstratie van on-demand verstrengeling is een belangrijke stap in het aantonen dat moleculen kunnen worden gebruikt als een levensvatbaar platform voor de kwantumwetenschap”, aldus Cheuk.

In een apart artikel gepubliceerd in hetzelfde nummer van Science behaalde een onafhankelijke onderzoeksgroep onder leiding van John Doyle en Kang-Kuen Ni van de Harvard University en Wolfgang Ketterle van het Massachusetts Institute of Technology vergelijkbare resultaten.

"Het feit dat ze dezelfde resultaten kregen, bevestigt de betrouwbaarheid van onze resultaten", zei Cheuk. “Ze laten ook zien dat moleculaire pincetarrays een opwindend nieuw platform voor de kwantumwetenschap aan het worden zijn.”

####

Voor meer informatie, klik hier

Kontakte:
Catherine Zandonellaon
Princeton University
Office: 609-258-0541
Contactpersoon voor experts

Lawrence W. Cheuk
Princeton University
@Prinston

Auteursrecht © Princeton University

Als u een opmerking heeft, alstublieft Neem contact op met ons op.

Uitgevers van nieuwsberichten, niet 7th Wave, Inc. of Nanotechnology Now, zijn zelf verantwoordelijk voor de juistheid van de inhoud.

Bladwijzer:

Gerelateerde Links

De studie ‘On-Demand Entanglement of Molecules in a Reconfigurable Optical Tweezer Array’, door Connor M. Holland, Yukai Lu en Lawrence W. Cheuk, werd op 8 december 2023 gepubliceerd in Science. DOI: 10.1126/science.adf4272:

Gerelateerd nieuws Pers

Nieuws en informatie

's Werelds eerste logische kwantumprocessor: belangrijke stap op weg naar betrouwbare kwantumcomputers December 8th, 2023

VUB-team ontwikkelt baanbrekende nanobody-technologie tegen leverontsteking December 8th, 2023

Het vinden van de meest hittebestendige stoffen ooit gemaakt: UVA Engineering wint de DOD MURI-prijs voor het bevorderen van materialen met hoge temperaturen December 8th, 2023

Onderzoekers van de Universiteit van Toronto ontdekken een nieuw lipide-nanodeeltje dat spierspecifieke mRNA-afgifte laat zien en off-target-effecten vermindert December 8th, 2023

Kwantumfysica

Drieledige aanpak onderscheidt de kwaliteiten van kwantumspinvloeistoffen November 17th, 2023

Nieuwe hulpmiddelen zullen helpen bij het bestuderen van de kwantumchemie aan boord van het internationale ruimtestation: professor Nicholas Bigelow uit Rochester hielp bij het ontwikkelen van experimenten die werden uitgevoerd in het Cold Atom Lab van NASA om de fundamentele aard van de wereld om ons heen te onderzoeken November 17th, 2023

Op optische vezels gebaseerde lichtbron met één foton bij kamertemperatuur voor kwantumverwerking van de volgende generatie: met ytterbium gedoteerde optische vezels zullen naar verwachting de weg vrijmaken voor kosteneffectieve kwantumtechnologieën November 3rd, 2023

Hoe een “2D” kwantum-supervloeistof aanvoelt November 3rd, 2023

Fysica

Op optische vezels gebaseerde lichtbron met één foton bij kamertemperatuur voor kwantumverwerking van de volgende generatie: met ytterbium gedoteerde optische vezels zullen naar verwachting de weg vrijmaken voor kosteneffectieve kwantumtechnologieën November 3rd, 2023

Hoe een “2D” kwantum-supervloeistof aanvoelt November 3rd, 2023

Mogelijke toekomsten

's Werelds eerste logische kwantumprocessor: belangrijke stap op weg naar betrouwbare kwantumcomputers December 8th, 2023

VUB-team ontwikkelt baanbrekende nanobody-technologie tegen leverontsteking December 8th, 2023

Het vinden van de meest hittebestendige stoffen ooit gemaakt: UVA Engineering wint de DOD MURI-prijs voor het bevorderen van materialen met hoge temperaturen December 8th, 2023

Onderzoekers van de Universiteit van Toronto ontdekken een nieuw lipide-nanodeeltje dat spierspecifieke mRNA-afgifte laat zien en off-target-effecten vermindert December 8th, 2023

Quantum Computing

's Werelds eerste logische kwantumprocessor: belangrijke stap op weg naar betrouwbare kwantumcomputers December 8th, 2023

Op optische vezels gebaseerde lichtbron met één foton bij kamertemperatuur voor kwantumverwerking van de volgende generatie: met ytterbium gedoteerde optische vezels zullen naar verwachting de weg vrijmaken voor kosteneffectieve kwantumtechnologieën November 3rd, 2023

Er wordt atoom voor atoom een ​​nieuw qubit-platform gecreëerd Oktober 6th, 2023

Ontdekking gedaan door wetenschappers van de Universiteit van Warschau kan een netwerkinterface voor kwantumcomputers mogelijk maken Oktober 6th, 2023

ontdekkingen

Een op kleur gebaseerde sensor om de gevoeligheid van de huid na te bootsen: in een stap naar meer autonome zachte robots en draagbare technologieën hebben EPFL-onderzoekers een apparaat gemaakt dat kleur gebruikt om tegelijkertijd meerdere mechanische en temperatuurstimuli waar te nemen December 8th, 2023

Thermische impact van 3D-stapelende fotonische en elektronische chips: onderzoekers onderzoeken hoe de thermische schade van 3D-integratie kan worden geminimaliseerd December 8th, 2023

Seattle Hub for Synthetic Biology gelanceerd door het Allen Institute, Chan Zuckerberg Initiative en de Universiteit van Washington zal cellen omzetten in opnameapparatuur om geheimen van ziekten te ontsluiten: het eerste onderzoeksinitiatief in zijn soort zal technologieën ontwikkelen om te onthullen hoe veranderingen December 8th, 2023

Presenteren: Op echografie gebaseerd printen van 3D-materialen – mogelijk in het lichaam December 8th, 2023

Mededelingen

2D-materiaal hervormt 3D-elektronica voor AI-hardware December 8th, 2023

Een op kleur gebaseerde sensor om de gevoeligheid van de huid na te bootsen: in een stap naar meer autonome zachte robots en draagbare technologieën hebben EPFL-onderzoekers een apparaat gemaakt dat kleur gebruikt om tegelijkertijd meerdere mechanische en temperatuurstimuli waar te nemen December 8th, 2023

VUB-team ontwikkelt baanbrekende nanobody-technologie tegen leverontsteking December 8th, 2023

Het vinden van de meest hittebestendige stoffen ooit gemaakt: UVA Engineering wint de DOD MURI-prijs voor het bevorderen van materialen met hoge temperaturen December 8th, 2023

Interviews / Boekbesprekingen / Essays / Rapporten / Podcasts / Journals / White papers / Posters

2D-materiaal hervormt 3D-elektronica voor AI-hardware December 8th, 2023

Een op kleur gebaseerde sensor om de gevoeligheid van de huid na te bootsen: in een stap naar meer autonome zachte robots en draagbare technologieën hebben EPFL-onderzoekers een apparaat gemaakt dat kleur gebruikt om tegelijkertijd meerdere mechanische en temperatuurstimuli waar te nemen December 8th, 2023

's Werelds eerste logische kwantumprocessor: belangrijke stap op weg naar betrouwbare kwantumcomputers December 8th, 2023

VUB-team ontwikkelt baanbrekende nanobody-technologie tegen leverontsteking December 8th, 2023

Quantum nanowetenschap

Hoe een “2D” kwantum-supervloeistof aanvoelt November 3rd, 2023

Er wordt atoom voor atoom een ​​nieuw qubit-platform gecreëerd Oktober 6th, 2023

Een kwantumsprong in mechanische oscillatortechnologie Augustus 11th, 2023

Onthulling van de kwantumdans: experimenten onthullen verband tussen trillings- en elektronische dynamiek: koppeling van elektronische en nucleaire dynamiek onthuld in moleculen met ultrasnelle lasers en röntgenstralen Juli 21st, 2023

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: http://www.nanotech-now.com/news.cgi?story_id=57430