Fyysikot kvanttilomittavat yksittäisiä molekyylejä

"Tämä on läpimurto molekyylien maailmassa, koska kvanttilomittuminen on olennaisen tärkeää", sanoi Princetonin apulaisprofessori Lawrence Cheuk. "Mutta se on myös läpimurto käytännön sovelluksissa, koska lomittuvat molekyylit voivat olla monien tulevien sovellusten rakennepalikoita."

"Kvanttilomittuminen on tieteen peruskäsite", Cheuk sanoo, "mutta se on myös keskeinen ainesosa, joka antaa kvanttiedun."

Mutta kvanttiedun rakentaminen ja hallittavan kvanttilomittumisen saavuttaminen on edelleen haaste, ei vähiten siksi, että on edelleen epäselvää, mikä fyysinen alusta on paras kubittien luomiseen.

Tähän kokeeseen saakka molekyylit ovat kuitenkin pitkään uhmanneet hallittavaa kvanttilomittumista. Mutta Cheuk ja hänen kollegansa löysivät tavan hallita yksittäisiä molekyylejä ja houkutella niitä lomittumaan.

He myös uskoivat, että molekyyleillä on tiettyjä etuja - esimerkiksi atomeihin verrattuna - mikä tekisi niistä erityisen hyvin soveltuvia tiettyihin sovelluksiin kvantti-informaation käsittelyssä ja monimutkaisten materiaalien kvanttisimulaatiossa. Esimerkiksi atomeihin verrattuna molekyyleillä on enemmän kvanttivapausasteita ja ne voivat olla vuorovaikutuksessa uusilla tavoilla.

Juuri vapausasteet, jotka tekevät niistä houkuttelevia, tekevät ne myös vaikeasti hallittaviksi.

Cheuk ja hänen tiiminsä valitsivat ensin molekyylilajin, joka on sekä polaarinen ja että sitä voidaan jäähdyttää lasereilla ultrakylmiin lämpötiloihin.

Yksittäisiä molekyylejä käsiteltiin sitten optisilla pinseteillä luoden suuria yksittäisten molekyylien ryhmiä ja sijoittamaan ne yksitellen mihin tahansa haluttuun yksiulotteiseen konfiguraatioon.

Seuraavaksi he koodasivat kubitin molekyylin ei-pyörivään ja pyörivään tilaan. He pystyivät osoittamaan, että tämä molekyylikubitti pysyi yhtenäisenä; eli se muisti superpositionsa. Lyhyesti sanottuna tutkijat osoittivat kykynsä luoda hyvin hallittuja ja koherentteja kubitteja yksilöllisesti ohjatuista molekyyleistä.

Molekyylien lomittamiseksi he käyttivät sarjaa mikroaaltopulsseja saaden yksittäiset molekyylit vuorovaikutukseen toistensa kanssa yhtenäisellä tavalla.

Antamalla vuorovaikutuksen edetä tarkan ajan, he pystyivät toteuttamaan kahden kubitin portin, joka lomitti kaksi molekyyliä. Tämä on merkittävää, koska tällainen lomittuva kahden kubitin portti on rakenneosa sekä universaalille digitaaliselle kvanttilaskennalle että monimutkaisten materiaalien simuloinnille.

Kubitti-idean lisäksi tutkijat iloitsevat menetelmän luomasta uusista mahdollisuuksista erilaisten tieteellisten kvanttitutkimusten parissa.

Aiheesta aiemmin:

Uusi alusta kvantti-informaation käsittelyyn

Kvanttipisteisiä ja nemaattisia kubitteja

Uusia kubittiratkaisuja