Tutkijat tekevät harppauksen kvanttilaskentaan

Kvanttilaskennassa ei ole käytetty molekyylejä, vaikka niillä on potentiaalia tehdä huippunopeasta kokeellisesta teknologiasta vieläkin nopeampaa. Niiden rikkaat sisäiset rakenteet nähtiin liian monimutkaisiksi, liian herkäksi, liian arvaamattomiksi hallittavaksi, joten on käytetty pienempiä hiukkasia.

Mutta ryhmä Harvardin tutkijoita on onnistunut ensimmäistä kertaa vangitsemaan molekyylejä suorittamaan kvanttioperaatioita. Tämä saavutus saavutettiin käyttämällä äärimmäisen kylmiä polaarisia molekyylejä kubitteina.

Löydökset avaavat uusia mahdollisuuksia hyödyntää molekyylirakenteiden monimutkaisuutta tulevia sovelluksia varten.

"Olemme yrittäneet tehdä tätä 20 vuoden ajan", sanoi professori Kang-Kuen Ni. "Ja vihdoinkin olemme pystyneet tekemään sen!"

Kvanttilaskennan maailmaa hallitsevat kokeet loukkuun jääneillä ioneilla, neutraaleilla atomeilla ja suprajohtavilla piireillä. Näissä järjestelmissä pienet yksittäiset hiukkaset voidaan luotettavasti vangita toimimaan kubitteina ja muodostamaan kvanttilogiikkaportteja.

Harvard-tiimin artikkelissa käsitellään paljon monimutkaisempaa prosessia, joka liittyy molekyylien käyttämiseen iSWAP-portin muodostamiseen, keskeisen kvanttipiiriin, joka luo lomittumisen - juuri sen ominaisuuden, joka tekee kvanttilaskennasta niin tehokkaan.

Tutkijat aloittivat vangitsemalla natriumcesium-molekyylejä (NaCs) optisilla pinseteillä vakaassa ja erittäin kylmässä ympäristössä. Sen jälkeen molekyylien välisiä sähköisiä dipoli-dipoli- (tai positiivisia negatiivisia) vuorovaikutuksia käytettiin kvanttioperaation suorittamiseen. Hallitsemalla huolellisesti, kuinka molekyylit pyörivät toistensa suhteen, ryhmä onnistui lomittamaan kaksi molekyyliä ja luomaan kvanttitilan, joka tunnetaan kahden kubitin Bell-tilana 94 prosentin tarkkuudella.

"Työmme merkitsee virstanpylvästä loukkuun jääneessä molekyyliteknologiassa ja on viimeinen rakenneosa, joka tarvitaan molekyylikvanttitietokoneen rakentamiseen", sanoi tohtorintutkija Annie Park. "Molekyylien ainutlaatuiset ominaisuudet, kuten niiden rikas sisäinen rakenne, tarjoavat monia mahdollisuuksia kehittää näitä teknologioita."

Koko toiminnan arvioimiseksi tutkimusryhmä mittasi tuloksena olevan kahden kubitin Bellin tilan ja tutki virheitä, jotka aiheutuivat tapahtuneesta liikkeestä. Tämä jätti heille ideoita asennuksen vakauden ja tarkkuuden parantamiseksi tulevissa kokeissa. Vuorovaikutteisten ja ei-vuorovaikutteisten tilojen välillä vaihtaminen antoi tutkijoille myös mahdollisuuden digitalisoida kokeilunsa, mikä tarjosi lisänäkemyksiä.

"Siellä on paljon tilaa innovaatioille ja uusille ideoille molekyylialustan etujen hyödyntämisestä", Ni sanoi. "Olen innoissani nähdessäni, mitä tästä tulee."

Aiheesta aiemmin:

Fyysikot kvanttilomittavat yksittäisiä molekyylejä

Uusi alusta räätälöitäville kvanttilaitteille

Uusi vaihe kohti kvanttiteknologiaa