Físicos “enredam” partículas individuais com precisão surpreendente: ScienceAlert

Por serem tão grandes e difíceis de manipular, as moléculas há muito desafiam as tentativas dos físicos de atraí-las para um estado de emaranhamento quântico controlado, onde as moléculas estão intimamente ligadas, mesmo à distância.

Agora, pela primeira vez, duas equipes distintas conseguiram emaranhar pares de moléculas ultrafrias usando o mesmo método: “armadilhas de pinça” ópticas microscopicamente precisas.

O emaranhamento quântico é um fenômeno estranho, mas fundamental no mundo quântico, do qual os físicos estão tentando aproveitar para criar os primeiros computadores quânticos comerciais.

Todos os objetos – desde eletrões a átomos, moléculas e até galáxias inteiras – podem ser teoricamente descritos como um espectro de possibilidades antes de serem observados. Somente medindo a propriedade a roda do acaso estabelece uma descrição clara.

Se dois objetos estão emaranhados, saber algo sobre as propriedades de um objeto – seu giro, posição ou momento – serve imediatamente como uma analogia para o outro, parando completamente ambas as suas potenciais rodas de rotação.

Até agora, os pesquisadores conseguiram conectar íons, fótons, átomos e circuitos supercondutores em experimentos de laboratório. Por exemplo, há três anos, uma equipa uniu triliões de átomos num gás “quente e caótico”. Impressionante, mas não muito prático.

Os físicos também estão enredados Átomo e molécula Antes, mesmo Complexos biológicos Encontrado em células vegetais. Mas controlar e manipular pares de moléculas individuais – com precisão suficiente para fins de computação quântica – era uma tarefa mais difícil.

As moléculas são difíceis de resfriar e interagem facilmente com o ambiente, o que significa que elas facilmente saem dos frágeis estados de emaranhamento quântico. Decoerência).

Um exemplo dessas interações é Interações dipolo-dipolo: A maneira pela qual a extremidade positiva de uma molécula polar pode ser puxada em direção à extremidade negativa de outra molécula.

Mas essas mesmas propriedades tornam as moléculas candidatas promissoras para qubits na computação quântica porque oferecem novas possibilidades de computação.

“Seus estados de spin molecular de longo alcance formam qubits fortes, ao mesmo tempo que fornecem interação dipolo de longo alcance entre as moléculas Emaranhamento quântico“,” Ele explica O físico de Harvard Yicheng Bao e seus colegas, em seu artigo.

Qubits são a versão quântica dos bits de computação clássicos, que podem assumir o valor 0 ou 1. Qubits, por outro lado, podem representar Muitas combinações possíveis 1 e 0 ao mesmo tempo

Ao emaranhar qubits, a imprecisão quântica combinada de 1 e 0 pode atuar como calculadoras rápidas em algoritmos especialmente projetados.

As moléculas, sendo entidades mais complexas do que átomos ou partículas, têm mais propriedades ou estados inerentes, que podem ser acoplados para formar um qubit.

“O que isto significa, em termos práticos, é que existem novas formas de armazenar e processar informação quântica.” Ele diz Yucai Lu, estudante de pós-graduação em engenharia elétrica e de computação em Princeton, coautor do segundo estudo.

“Por exemplo, uma molécula pode vibrar e girar em vários modos. Portanto, você pode usar dois desses modos para codificar um qubit. Se uma espécie molecular for polar, duas moléculas podem interagir mesmo quando estão espacialmente separadas.”

Ambas as equipes produziram moléculas ultra-frias de monofluoreto de cálcio (CaF) e depois as prenderam, uma por uma, em pinças ópticas.

Usando esses feixes de luz laser bem focados, as moléculas foram colocadas em pares, próximas o suficiente para que a molécula de CaF pudesse sentir a interação dipolo elétrica de longo alcance de seu parceiro. Isto uniu cada par de moléculas a um estado quântico emaranhado, pouco antes de se tornarem estranhos.

Este método, através da manipulação precisa de moléculas individuais, “abre caminho para o desenvolvimento de plataformas novas e versáteis para tecnologias quânticas”. Ele escreve Augusto Summerzi, físico do Conselho Nacional de Pesquisa da Itália, numa perspectiva de acompanhamento.

Summerzy não esteve envolvido na pesquisa, mas vê seu potencial. Aproveitando as interações dipolares das moléculas, ele diz que o sistema poderá um dia ser usado para desenvolver sensores quânticos ultrassensíveis, capazes de detectar campos elétricos ultrafracos.

“As aplicações vão desde a eletroencefalografia para medir a atividade elétrica no cérebro até o monitoramento de mudanças nos campos elétricos na crosta terrestre e a previsão de terremotos.” Ele especula.

Os dois estudos foram publicados em Ciências, aqui E aqui.