물리학자들은 놀라운 정밀도로 개별 입자를 ‘얽히게’합니다: ScienceAlert

분자는 너무 크고 조작하기 어렵기 때문에 분자는 멀리 떨어져 있어도 분자가 밀접하게 연결되는 제어된 양자 얽힘 상태로 유인하려는 물리학자들의 시도를 오랫동안 거부해 왔습니다.

이제 처음으로 두 개의 개별 팀이 동일한 방법, 즉 현미경으로 정밀한 광학 “집게 트랩”을 사용하여 초저온 분자 쌍을 얽히는 데 성공했습니다.

양자 얽힘은 물리학자들이 최초의 상업용 양자 컴퓨터를 만들기 위해 활용하려고 하는 양자 세계의 이상하지만 근본적인 현상입니다.

전자부터 원자, 분자, 은하계 전체까지 모든 물체는 관찰되기 전에 이론적으로 가능성의 스펙트럼으로 설명될 수 있습니다. 속성을 측정해야만 우연의 수레바퀴가 명확한 설명을 확정할 수 있습니다.

두 물체가 얽힌 경우 한 물체의 속성(회전, 위치 또는 운동량)에 대해 아는 것은 즉시 다른 물체에 대한 비유로 작용하여 잠재적인 회전 바퀴를 모두 완전히 정지시킵니다.

지금까지 연구자들은 실험실 실험에서 이온, 광자, 원자 및 초전도 회로를 연결할 수 있었습니다. 예를 들어, 3년 전 한 팀은 수조 개의 원자를 “뜨겁고 혼란스러운” 가스로 묶었습니다. 인상적이지만 그다지 실용적이지는 않습니다.

물리학자들도 얽혔어요 원자와 분자 예전에는 심지어 생물학적 복합체 식물 세포에서 발견됩니다. 그러나 양자 컴퓨팅 목적을 위해 충분한 정밀도로 개별 분자 쌍을 제어하고 조작하는 것은 더 어려운 작업이었습니다.

분자는 냉각이 어렵고 주변 환경과 쉽게 상호작용합니다. 즉, 취약한 양자 얽힘 상태에서 쉽게 빠져나옵니다. 결맞음).

그러한 상호작용의 한 예는 다음과 같습니다. 쌍극자-쌍극자 상호작용: 극성 분자의 양극 끝이 다른 분자의 음극 끝 쪽으로 당겨지는 방식.

그러나 이러한 동일한 특성으로 인해 분자는 계산에 대한 새로운 가능성을 제공하기 때문에 양자 컴퓨팅에서 큐비트에 대한 유망한 후보가 됩니다.

“그들의 장거리 분자 스핀 상태는 분자 사이에 장거리 쌍극자 상호 작용을 제공하면서 강한 큐비트를 형성합니다. 양자 얽힘“,” 그는 설명한다 하버드 물리학자 이쳉 바오(Yicheng Bao)와 그의 동료들이 논문에서 밝혔습니다.

큐비트는 0 또는 1의 값을 가정할 수 있는 클래식 컴퓨팅 비트의 양자 버전입니다. 반면, 큐비트는 다음을 나타낼 수 있습니다. 다양한 조합 가능 1과 0을 동시에

큐비트를 얽힘으로써 1과 0의 결합된 양자 퍼지는 특별히 설계된 알고리즘에서 빠른 계산기 역할을 할 수 있습니다.

원자나 입자보다 더 복잡한 실체인 분자는 서로 결합하여 큐비트를 형성할 수 있는 더 많은 고유한 특성이나 상태를 가지고 있습니다.

“실질적으로 이것이 의미하는 바는 양자 정보를 저장하고 처리하는 새로운 방법이 있다는 것입니다.” 그는 말한다 두 번째 연구의 공동 저자인 프린스턴 대학 전기 및 컴퓨터 공학 대학원생 Yucai Lu.

“예를 들어 분자는 여러 모드에서 진동하고 회전할 수 있습니다. 따라서 이러한 모드 중 두 가지를 사용하여 큐비트를 인코딩할 수 있습니다. 분자 종이 극성인 경우 두 분자는 공간적으로 분리되어 있어도 상호 작용할 수 있습니다.”

두 팀 모두 초저온 CaF(칼슘 모노플루오라이드) 분자를 생성한 다음 광학 핀셋에 하나씩 가두었습니다.

이렇게 단단히 집중된 레이저 광선을 사용하여 분자는 CaF 분자가 파트너의 장거리 전기 쌍극자 상호 작용을 감지할 수 있을 만큼 충분히 가까운 쌍으로 배치되었습니다. 이는 각 분자 쌍을 이상해지기 직전에 얽힌 양자 상태로 묶었습니다.

이 방법은 개별 분자의 정확한 조작을 통해 “양자 기술을 위한 새롭고 다재다능한 플랫폼 개발의 길을 열어줍니다.” 그는 쓴다 이탈리아 국립연구위원회의 물리학자인 아우구스토 서머지(Augusto Summerzi)가 다음과 같은 관점에서 설명합니다.

Summerzy는 연구에 참여하지 않았지만 그 잠재력을 보고 있습니다. 그는 분자의 쌍극자 상호작용을 활용함으로써 이 시스템이 언젠가 초미약 전기장을 감지할 수 있는 초민감 양자 센서를 개발하는 데 사용될 수 있다고 말했습니다.

“응용 분야는 뇌의 전기적 활동을 측정하는 뇌파 검사부터 지각의 전기장의 변화를 모니터링하고 지진을 예측하는 것까지 확장됩니다.” 그는 추측한다.

두 연구는 과학, 여기 그리고 여기.