Lomittaa molekyylejä ja atomeja

NIST-fyysikko James Chin-wen Chou säätää yhtä laserkeilasta, jota käytetään atomin ja molekyylin manipulointiin kokeissa, jotka voivat auttaa rakentamaan hybridejä kvanttitietojärjestelmiä.

National Institute of Standards and Technologyn (NIST) fyysikot ovat tehostaneet molekyylien perusominaisuuksien hallintaa kvanttitasolla yhdistämällä tai "lomittamalla" sähköisesti varautuneen atomin ja sähköisesti varautuneeseen molekyyliin. Näin he esittelevät tapaa rakentaa hybridi-kvantti-informaation järjestelmiä, jotka voivat manipuloida, tallentaa ja siirtää erilaisia datamuotoja.

NIST:n uusi menetelmä voi auttaa rakentamaan laajamittaisia kvanttitietokoneita ja verkkoja yhdistämällä kvanttibitit (kubitit), jotka perustuvat muuten yhteensopimattomiin laitteistorakenteisiin ja toimintataajuuksiin.

Seka-alustaiset kvanttijärjestelmät voisivat tarjota monipuolisuutta kuten perinteiset tietokonejärjestelmät, jotka esimerkiksi voivat vaihtaa dataa elektronisen prosessorin, optisen levyn ja magneettisen kiintolevyn välillä.

NIST:n kokeet lomittivat onnistuneesti elektronin ominaisuudet atomin ionin molekyylin kiertorotaatiotiloihin siten, että yhden hiukkasen mittaukset kontrolloivat toisen ominaisuuksia.

Tutkimus perustuu saman ryhmän vuoden 2017 osoitukseen molekyylin kvanttihallinnasta. Se laajentaa tekniikoita, joita on kauan käytetty atomien manipulointiin monimutkaisempiin ja mahdollisesti hedelmällisemmälle areenalle, jota tarjoavat molekyylit, jotka koostuvat useista toisiinsa sitoutuneista atomeista.

Molekyyleillä on erilaisia sisäisiä energiatasoja, kuten atomit, mutta ne myös pyörivät ja värisevät monilla eri nopeuksilla ja kulmissa. Siksi molekyylit voisivat toimia välittäjinä kvanttijärjestelmissä muuntamalla kvantti-informaation laajalle joukolle kubittitaajuuksia, jotka vaihtelevat muutamasta tuhannesta muutamaan biljoonaan jaksoon sekunnissa. Värähtelyllä molekyylit voisivat tarjota vielä korkeampia taajuuksia.

"Osoitimme, että atomi- ja molekyyli-ionit ovat lomittuneet toisiinsa ja osoitimme myös, että saat laajan valikoiman kubittitaajuuksia molekyylissä", NIST-fyysikko James (Chin-wen) Chou kertoo. "Molekyylit tarjoavat valikoiman siirtymätaajuuksia ja voimme valita monentyyppisistä molekyyleistä, joten tämä on valtava joukko kubittien taajuuksia, jotka voimme tuoda kvantti-informaation tieteeseen", Chou sanoi. "Hyödynnämme luonnossa löydettyjä muutoksia, joten tulokset ovat kaikille samat."

Uusia menetelmiä voitaisiin käyttää laajan valikoiman molekyyli-ioneja, jotka koostuvat eri alkuaineista, tarjoamalla siten laajaa valikoimaa kubittiominaisuuksia.

Lähestymistapa voisi yhdistää erityyppisiä kubitteja, jotka toimivat eri taajuuksilla, kuten atomit ja suprajohtavat järjestelmät tai valohiukkaset, mukaan lukien televiestinnän ja mikroaaltokomponenttien osat. Kvantti-informaation sovellusten lisäksi uudet tekniikat voivat olla hyödyllisiä myös kvanttianturien valmistuksessa tai kvanttiparannetun kemian parissa.

Aiheesta aiemmin: Eriväristen fotonien lomittaminen