I fisici “intrecciano” singole particelle con sorprendente precisione: ScienceAlert

Poiché sono così grandi e difficili da manipolare, le molecole hanno a lungo sfidato i tentativi dei fisici di attirarle in uno stato di entanglement quantistico controllato, dove le molecole sono strettamente legate anche a distanza.

Ora, per la prima volta, due team separati sono riusciti a intrecciare coppie di molecole ultra-fredde utilizzando lo stesso metodo: “trappole a pinzetta” ottiche microscopicamente precise.

L’entanglement quantistico è un fenomeno strano ma fondamentale nel mondo quantistico che i fisici stanno cercando di sfruttare per creare i primi computer quantistici commerciali.

Tutti gli oggetti – dagli elettroni agli atomi, alle molecole e persino a intere galassie – possono essere teoricamente descritti come uno spettro di possibilità prima di essere osservati. Solo misurando la proprietà la ruota del caso si stabilizza su una descrizione chiara.

Se due oggetti sono impigliati, sapere qualcosa sulle proprietà di un oggetto – la sua rotazione, posizione o quantità di moto – serve immediatamente come analogia per l’altro, portando entrambe le loro potenziali ruote di rotazione a un completo arresto.

Finora i ricercatori sono riusciti a collegare ioni, fotoni, atomi e circuiti superconduttori in esperimenti di laboratorio. Ad esempio, tre anni fa, un team ha legato trilioni di atomi in un gas “caldo e caotico”. Impressionante, ma non molto pratico.

Anche i fisici sono rimasti intrappolati Atomo e molecola Anche prima Complessi biologici Trovato nelle cellule vegetali. Ma controllare e manipolare coppie di singole molecole – con sufficiente precisione per scopi di calcolo quantistico – è stato un compito più difficile.

Le molecole sono difficili da raffreddare e interagiscono facilmente con l’ambiente circostante, il che significa che cadono facilmente dai fragili stati di entanglement quantistico Decoerenza).

Un esempio di tali interazioni è Interazioni dipolo-dipolo: Il modo in cui l’estremità positiva di una molecola polare può essere attratta verso l’estremità negativa di un’altra molecola.

Ma queste stesse proprietà rendono le molecole candidati promettenti per i qubit nell’informatica quantistica perché offrono nuove possibilità di calcolo.

“I loro stati di spin molecolare a lungo raggio formano qubit forti fornendo allo stesso tempo un’interazione dipolare a lungo raggio tra le molecole Intreccio quantistico“,” Lui spiega Il fisico di Harvard Yicheng Bao e i suoi colleghi, nel loro articolo.

I qubit sono la versione quantistica dei classici bit di calcolo, che possono assumere un valore pari a 0 o 1. I qubit, invece, possono rappresentare Molte combinazioni possibili 1 e 0 contemporaneamente

Intrecciando i qubit, la confusione quantistica combinata di 1 e 0 può fungere da calcolatori veloci in algoritmi appositamente progettati.

Le molecole, essendo entità più complesse degli atomi o delle particelle, hanno più proprietà o stati intrinseci, che possono essere accoppiati insieme per formare un qubit.

“Ciò significa, in termini pratici, che esistono nuovi modi per archiviare ed elaborare le informazioni quantistiche”. Lui dice Yucai Lu, uno studente laureato in ingegneria elettrica e informatica a Princeton, coautore del secondo studio.

“Ad esempio, una molecola può vibrare e ruotare in più modalità. Quindi, puoi utilizzare due di queste modalità per codificare un qubit. Se una specie molecolare è polare, due molecole possono interagire anche quando sono separate spazialmente.”

Entrambi i gruppi hanno prodotto molecole di monofluoruro di calcio (CaF) ultrafredde e poi le hanno intrappolate, una per una, in pinzette ottiche.

Utilizzando questi fasci di luce laser strettamente focalizzati, le molecole sono state posizionate in coppie, abbastanza vicine da consentire alla molecola di CaF di percepire l’interazione del dipolo elettrico a lungo raggio del suo partner. Ciò legava ciascuna coppia di molecole in uno stato quantico entangled, poco prima che diventassero strane.

Questo metodo, attraverso la manipolazione precisa delle singole molecole, “apre la strada allo sviluppo di nuove e versatili piattaforme per le tecnologie quantistiche”. Lui scrive Augusto Summerzi, fisico del Consiglio Nazionale delle Ricerche in Italia, in una prospettiva di accompagnamento.

Summerzy non è stato coinvolto nella ricerca, ma ne vede il potenziale. Sfruttando le interazioni dipolo delle molecole, afferma che il sistema potrebbe un giorno essere utilizzato per sviluppare sensori quantistici ultrasensibili in grado di rilevare campi elettrici ultradeboli.

“Le applicazioni spaziano dall’elettroencefalografia per misurare l’attività elettrica nel cervello, al monitoraggio dei cambiamenti nei campi elettrici nella crosta terrestre, alla previsione dei terremoti.” Lui ipotizza.

I due studi sono stati pubblicati in Scienze, Qui E Qui.