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物理学家以惊人的精度“纠缠”单个粒子:ScienceAlert

物理学家以惊人的精度“纠缠”单个粒子:ScienceAlert

由于分子太大且难以操纵,长期以来,物理学家一直试图将分子引入受控的量子纠缠状态,在这种状态下,分子即使相隔一定距离也能紧密相连。

现在,两个独立的团队首次使用相同的方法成功地使成对的超冷分子纠缠在一起:显微镜下精确的光学“镊子陷阱”。

量子纠缠是量子世界中一种奇怪但基本的现象,物理学家正试图利用它来创建第一台商用量子计算机。

所有物体——从电子到原子到分子甚至整个星系——在被观察之前都可以在理论上被描述为一系列可能性。 只有通过衡量属性,机会之轮才能确定清晰的描述。

如果两个物体纠缠在一起,了解一个物体的一些属性——它的旋转、位置或动量——就可以立即类比另一个物体,使它们两个潜在的旋转轮完全停止。

到目前为止,研究人员已经能够在实验室实验中连接离子、光子、原子和超导电路。 例如,三年前,一个团队将数万亿个原子束缚在“炽热而混乱”的气体中。 令人印象深刻,但不太实用。

物理学家也陷入了困境 原子和分子 之前,甚至 生物复合体 存在于植物细胞中。 但控制和操纵成对的单个分子——对于量子计算目的来说具有足够的精度——是一项更加困难的任务。

分子很难冷却,也很难与周围环境相互作用,这意味着它们很容易脱离脆弱的量子纠缠态 退相干)。

这种相互作用的一个例子是 偶极-偶极相互作用:将极性分子的正端拉向另一个分子的负端的方式。

但这些相同的特性使分子成为量子计算中量子位的有希望的候选者,因为它们为计算提供了新的可能性。

“它们的长程分子自旋态形成强大的量子位,同时提供分子之间的长程偶极子相互作用 量子纠缠“,” 他解释说 哈佛大学物理学家包一成和他的同事在他们的论文中。

量子位是经典计算位的量子版本,可以假设值为 0 或 1。另一方面,量子位可以表示 多种组合可能 同时为 1 和 0

通过纠缠量子位,1 和 0 的组合量子模糊性可以在专门设计的算法中充当快速计算器。

分子是比原子或粒子更复杂的实体,具有更多的固有属性或状态,可以耦合在一起形成量子位。

“实际上,这意味着存在存储和处理量子信息的新方法。” 他说 普林斯顿大学电气与计算机工程专业的研究生卢育才是第二项研究的合著者。

“例如,一个分子可以以多种模式振动和旋转。因此,您可以使用其中两种模式来编码一个量子位。如果分子种类是极性的,那么即使两个分子在空间上分离,它们也可以相互作用。”

两个团队都生产了超冷一氟化钙 (CaF) 分子,然后将它们一个接一个地捕获在光镊中。

使用这些紧密聚焦的激光束,分子成对放置,距离足够近,以便 CaF 分子可以感知其伴侣的长程电偶极子相互作用。 这将每对分子束缚在纠缠的量子态中,不久之后它们就变得奇怪了。

这种方法通过对单个分子的精确操纵,“为量子技术新型多功能平台的开发铺平了道路。” 他写 意大利国家研究委员会的物理学家奥古斯托·萨默齐 (Augusto Summerzi) 也提出了相关观点。

Summerzy 没有参与这项研究,但他看到了它的潜力。 他说,通过利用分子的偶极子相互作用,该系统有一天可能会被用来开发能够检测超弱电场的超灵敏量子传感器。

“应用范围从脑电图测量大脑电活动到监测地壳电场变化再到预测地震。” 他推测

这两项研究发表于 科学, 这里这里

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