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單分子量子糾纏首次實現(xiàn)

發(fā)布時間:2023-12-11 16:22:00來源: 科技日報

  【總編輯圈點(diǎn)】

  科技日報北京12月10日電(記者劉霞)美國兩個科研團(tuán)隊在7日出版的《科學(xué)》雜志上分別刊文稱,他們首次讓單個的分子處于量子糾纏狀態(tài)。在這種奇怪的狀態(tài)下,分子之間即使相距遙遠(yuǎn)也能同時相互關(guān)聯(lián)、相互作用。研究團(tuán)隊指出,這項研究為很多應(yīng)用奠定了基礎(chǔ),包括構(gòu)建更好的量子計算機(jī)、量子模擬器和傳感器等。

  實現(xiàn)可控的量子糾纏面臨諸多挑戰(zhàn),此前科學(xué)家從未讓單個分子發(fā)生量子糾纏。研究人員指出,與原子相比,分子具有更多量子自由度,可以新方式相互作用,這使它們特別適合用于某些量子信息處理和復(fù)雜材料的量子模擬。但分子非常復(fù)雜,自由度難以把控,因此讓單個分子發(fā)生量子糾纏極為困難。

  在最新研究中,普林斯頓大學(xué)物理學(xué)助理教授勞倫斯·丘克等人選擇了一種具有極性的分子,用激光將其冷卻到超低溫,然后使用一套激光束系統(tǒng)“光鑷”擷取單個分子,由此可以創(chuàng)建由一個一個的分子組成的陣列,如孤立的分子對和無缺陷的分子串。

  接下來,他們將量子比特編碼為分子的非旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)狀態(tài),并證明這些分子量子比特仍然相干(疊加)。另外,他們使用一系列微波脈沖,使單個的分子以相干方式相互糾纏,并讓這種糾纏持續(xù)了一定時間,實現(xiàn)了兩個糾纏分子的雙量子比特門,后者是通用數(shù)字量子計算和復(fù)雜材料模擬的基石。哈佛大學(xué)科學(xué)家開展的類似實驗也證明了這一點(diǎn)。

  研究團(tuán)隊指出,這種分子陣列有望成為很多量子研究領(lǐng)域的新平臺,如模擬量子多體系統(tǒng)以發(fā)現(xiàn)材料的新磁性等。

  量子信息技術(shù)是目前炙手可熱的前沿科學(xué)領(lǐng)域,相關(guān)研究進(jìn)展層出不窮。多個量子比特的相干操縱和糾纏態(tài)制備,是發(fā)展可擴(kuò)展量子信息技術(shù),特別是量子計算的最核心指標(biāo)。量子計算實現(xiàn)的必要條件包括可擴(kuò)展、可初始化、長相干等。其中,可擴(kuò)展性即增加量子比特數(shù)目,可實現(xiàn)大規(guī)模量子計算;而長相干時間即量子態(tài)保持量子相干,能用于邏輯運(yùn)算。此前,科學(xué)家已實現(xiàn)多個光量子比特超糾纏態(tài)的實驗制備,讓單個分子處于量子糾纏狀態(tài),有望為量子信息技術(shù)研究帶來新啟發(fā)。

(責(zé)編:常邦麗)

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