Nanotehnologie acum - Comunicat de presă: Fizicienii „încurcă” molecule individuale pentru prima dată, grăbind posibilitățile de procesare a informațiilor cuantice: în muncă care ar putea duce la o calcul cuantic mai robust, cercetătorii de la Princeton au reușit să forțeze moleculele în încheiere cuantică

Republicat de Platon

Urmaritori: 0

Acasă > Anunturi > Fizicienii „încurcă” molecule individuale pentru prima dată, grăbind posibilitățile de procesare a informațiilor cuantice: într-o muncă care ar putea duce la calcule cuantice mai robuste, cercetătorii de la Princeton au reușit să forțeze moleculele în intricarea cuantică.

Configurare laser pentru răcirea, controlul și încurcarea moleculelor individuale.

CREDIT
Fotografie de Richard Soden, Departamentul de Fizică, Universitatea Princeton

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

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

Rezumat:
Pentru prima dată, o echipă de fizicieni de la Princeton a reușit să lege împreună molecule individuale în stări speciale care sunt „încurcate” mecanic cuantic. În aceste stări bizare, moleculele rămân corelate între ele - și pot interacționa simultan - chiar dacă se află la kilometri distanță, sau într-adevăr, chiar dacă ocupă capetele opuse ale universului. Această cercetare a fost publicată recent în revista Science.

Fizicienii „încurcă” molecule individuale pentru prima dată, grăbind posibilitățile de procesare a informațiilor cuantice: într-o activitate care ar putea duce la calcule cuantice mai robuste, cercetătorii de la Princeton au reușit să forțeze moleculele în intricarea cuantică.

Princeton, NJ | Postat pe 8 decembrie 2023

„Acesta este o descoperire în lumea moleculelor din cauza importanței fundamentale a întanglementării cuantice”, a spus Lawrence Cheuk, profesor asistent de fizică la Universitatea Princeton și autorul principal al lucrării. „Dar este și o descoperire pentru aplicațiile practice, deoarece moleculele încurcate pot fi elementele de bază pentru multe aplicații viitoare.”

Acestea includ, de exemplu, computere cuantice care pot rezolva anumite probleme mult mai rapid decât calculatoarele convenționale, simulatoare cuantice care pot modela materiale complexe ale căror comportamente sunt greu de modelat și senzori cuantici care pot măsura mai rapid decât omologii lor tradiționali.

„Una dintre motivațiile în a face științe cuantice este că, în lumea practică, se dovedește că, dacă exploatezi legile mecanicii cuantice, te poți descurca mult mai bine în multe domenii”, a spus Connor Holland, un student absolvent la departamentul de fizică. și un coautor al lucrării.

Capacitatea dispozitivelor cuantice de a le depăși pe cele clasice este cunoscută sub numele de „avantaj cuantic”. Iar în centrul avantajului cuantic se află principiile suprapunerii și întanglementării cuantice. În timp ce un bit de computer clasic poate lua valoarea fie 0, fie 1, biții cuantici, numiți qubiți, pot fi simultan într-o suprapunere de 0 și 1. Ultimul concept, întanglement, este o piatră de temelie a mecanicii cuantice și apare atunci când doi particulele devin indisolubil legate între ele, astfel încât această legătură persistă, chiar dacă o particulă este la ani lumină distanță de cealaltă. Este fenomenul pe care Albert Einstein, care la început a pus sub semnul întrebării validitatea acestuia, l-a descris drept „acțiune înfricoșătoare la distanță”. De atunci, fizicienii au demonstrat că încurcarea este, de fapt, o descriere exactă a lumii fizice și a modului în care este structurată realitatea.

„Încrucișarea cuantică este un concept fundamental”, a spus Cheuk, „dar este și ingredientul cheie care conferă avantaj cuantic”.

Dar construirea avantajului cuantic și realizarea unei încurcături cuantice controlabile rămâne o provocare, nu în ultimul rând pentru că inginerii și oamenii de știință nu sunt încă clari cu privire la care platformă fizică este cea mai bună pentru crearea qubiților. În ultimele decenii, multe tehnologii diferite - cum ar fi ionii prinși, fotonii, circuitele supraconductoare, pentru a numi doar câteva - au fost explorate ca candidate pentru computere și dispozitive cuantice. Sistemul cuantic optim sau platforma qubit ar putea depinde foarte bine de aplicația specifică.

Până la acest experiment, totuși, moleculele au sfidat mult timp întricarea cuantică controlabilă. Dar Cheuk și colegii săi au găsit o modalitate, prin manipulare atentă în laborator, de a controla moleculele individuale și de a le convinge în aceste stări cuantice interconectate. Ei credeau, de asemenea, că moleculele au anumite avantaje - față de atomi, de exemplu - care le-au făcut deosebit de potrivite pentru anumite aplicații în procesarea informațiilor cuantice și simularea cuantică a materialelor complexe. În comparație cu atomii, de exemplu, moleculele au mai multe grade cuantice de libertate și pot interacționa în moduri noi.

„Ceea ce înseamnă acest lucru, în termeni practici, este că există noi modalități de stocare și procesare a informațiilor cuantice”, a spus Yukai Lu, un student absolvent în inginerie electrică și informatică și coautor al lucrării. „De exemplu, o moleculă poate vibra și se poate roti în mai multe moduri. Deci, puteți utiliza două dintre aceste moduri pentru a codifica un qubit. Dacă specia moleculară este polară, două molecule pot interacționa chiar și atunci când sunt separate spațial.”

Cu toate acestea, moleculele s-au dovedit a fi dificil de controlat în laborator din cauza complexității lor. Însăși gradele de libertate care le fac atractive le fac, de asemenea, greu de controlat, sau înghesuit, în mediile de laborator.

Cheuk și echipa sa au abordat multe dintre aceste provocări printr-un experiment atent gândit. Ei au ales mai întâi o specie moleculară care este atât polară și poate fi răcită cu lasere. Apoi au răcit cu laser moleculele la temperaturi ultrareci unde mecanica cuantică ocupă centrul scenei. Moleculele individuale au fost apoi preluate de un sistem complex de fascicule laser strâns focalizate, așa-numitele „pensete optice”. Prin proiectarea pozițiilor pensetelor, ei au reușit să creeze matrice mari de molecule unice și să le poziționeze individual în orice configurație unidimensională dorită. De exemplu, au creat perechi izolate de molecule și, de asemenea, șiruri de molecule fără defecte.

Apoi, au codificat un qubit într-o stare nerotativă și rotativă a moleculei. Ei au putut să arate că acest qubit molecular a rămas coerent, adică și-a amintit suprapunerea. Pe scurt, cercetătorii au demonstrat capacitatea de a crea qubiți bine controlați și coerenți din molecule controlate individual.

Pentru a încurca moleculele, au trebuit să facă molecula să interacționeze. Folosind o serie de impulsuri de microunde, ei au reușit să facă moleculele individuale să interacționeze între ele într-un mod coerent. Permițând interacțiunii să continue pentru o perioadă precisă de timp, ei au putut implementa o poartă de doi qubiți care a încurcat două molecule. Acest lucru este semnificativ, deoarece o astfel de poartă de doi qubiți este un bloc de construcție atât pentru calculul cuantic digital universal, cât și pentru simularea materialelor complexe.

Potențialul acestei cercetări pentru investigarea diferitelor domenii ale științei cuantice este mare, având în vedere caracteristicile inovatoare oferite de această nouă platformă de matrice de pensete moleculare. În special, echipa Princeton este interesată să exploreze fizica multor molecule care interacționează, care pot fi folosite pentru a simula sisteme cuantice cu mai multe corpuri în care pot apărea un comportament emergent interesant, cum ar fi noi forme de magnetism.

„Folosirea moleculelor pentru știința cuantică este o nouă frontieră, iar demonstrația noastră de încurcare la cerere este un pas cheie în demonstrarea faptului că moleculele pot fi folosite ca o platformă viabilă pentru știința cuantică”, a spus Cheuk.

Într-un articol separat publicat în același număr al Science, un grup de cercetare independent condus de John Doyle și Kang-Kuen Ni de la Universitatea Harvard și Wolfgang Ketterle de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts a obținut rezultate similare.

„Faptul că au obținut aceleași rezultate verifică fiabilitatea rezultatelor noastre”, a spus Cheuk. „De asemenea, arată că matricele de pensete moleculare devin o nouă platformă interesantă pentru știința cuantică.”

####

Pentru mai multe informații, faceți clic pe aici

Contacte:
Catherine Zandonella
Princeton University
Birou: 609-258-0541
Contact expert

Lawrence W. Cheuk
Princeton University
@Princeton

Drepturi de autor © Universitatea Princeton

Dacă aveți un comentariu, vă rog Contact ne.

Emitenții de comunicate de știri, nu 7th Wave, Inc. sau Nanotechnology Now, sunt singuri responsabili pentru acuratețea conținutului.

Bookmark: