Молекулите, „заплетени“ в големия пробив във физиката, биха могли да усъвършенстват квантовите изчисления
Докато битът на класическия компютър приема стойността на 0 или 1, квантовите битове – или кубити – могат едновременно да бъдат в суперпозиция на 0 и 1, позволявайки за широк диапазон от изчисления, които да се извършват по едно и също време.
Тези компютри използват феномена на квантовата физика „заплитане“ – специално състояние, наречено „призрачно действие от разстояние“ от физика Алберт Айнщайн – в което частиците взаимодействат едновременно, дори ако заемат противоположните краища на Вселената.
Това се случва, когато две частици станат неразривно свързани една с друга, така че тази връзка продължава, дори ако едната частица е на светлинни години от другата частица.
По-нататъшният напредък в квантовото заплитане може да помогне за разработването на компютърни модели на сложни материали, чието поведение е трудно да се симулира, и да направи квантови сензори, които измерват по-бързо от традиционните си аналогове.
Въпреки това, постигането на контролируеми квантовото заплитане остава предизвикателство.
Това е така, защото изследователите все още не са наясно коя платформа – йони, фотони или атоми, за да назовем няколко – е най-добра за създаване на кубити.
Сега, новото проучване, публикувано в списание Science, показа за първи път, че отделните молекули могат да бъдат внимателно манипулирани в тези взаимосвързани квантови състояния.
„Това означава, на практика, че има нови начини за съхраняване и обработка на квантова информация“, каза съавторът на изследването Юкай Лу от Принстънския университет в САЩ.
Тъй като молекулите могат да взаимодействат по повече начини от атомите, изследователите казват, че тяхното заплитане може да бъде много подходящо за някои приложения като симулация на сложни материали.
Например, една молекула може да вибрира и да се върти в множество режими и два от тези режими могат да се използват за кодиране на кубит.
Въпреки това, самите степени на свобода, които правят молекулите привлекателни за квантовите изчисления, също ги правят трудни за контролиране в лабораторни условия.
В последното проучване учените преодоляха тези предизвикателства, използвайки няколко внимателни подходи, включително използването на лазер за охлаждане на молекулите до свръхниски температури, където квантовата механика заема централно място.
След това с помощта на микровълнови импулси и „оптични пинсети“ – използвани за манипулиране на ултрамалки молекули – те биха могли да направят индивидуални молекулите взаимодействат кохерентно една с друга и се заплитат.
Изследователите казват, че подобно заплитане е градивен елемент както за квантовите изчисления, така и за симулацията на сложни материали.
„Използване на молекули за квантовата наука е нова граница и нашата демонстрация на заплитане при поискване е ключова стъпка в демонстрирането, че молекулите могат да се използват като жизнеспособна платформа за квантовата наука,” каза Лорънс Чеук, друг автор на изследването.
