Чтобы заставить молекулы войти в спутанное состояние, ученые использовали метод, называемый «методом динамической поляризации». Он заключается в том, что к молекулам применяют воздействие магнитного поля, которое меняет их квантовое состояние. Когда молекулы достигают определенного квантового состояния, они становятся спутанными.
В своем эксперименте ученые поместили молекулы йода и фтора в сверхпроводящий чип. Затем они применили к чипу воздействие магнитного поля. Благодаря этому они смогли заставить молекулы войти в спутанное состояние. Экспериментаторы обнаружили, что спутанные молекулы могут сохранять свои квантовые свойства в течение нескольких миллисекунд. Это значительно дольше, чем у других квантовых систем, таких как атомы или фотоны.
Это прорыв в мире молекул из-за фундаментальной важности квантовой спутанности. Но это также прорыв для практических применений, потому что спутанные молекулы могут стать строительными блоками для многих будущих приложений
— Лоуренс Чжэук, доцент физики в Принстонском университете и главный автор статьи.
Среди них, например, квантовые компьютеры, способные решать определенные задачи гораздо быстрее, чем обычные, квантовые симуляторы, которые могут моделировать сложные материалы, поведение которых сложно смоделировать и квантовые сенсоры, способные измерять быстрее, чем их традиционные аналоги.
Одной из причин заниматься квантовой наукой является то, что на практике, оказывается, если использовать законы квантовой механики, можно достичь значительных успехов во многих областях
— Коннор Холланд, аспирант физического факультета и соавтор исследования.
Возможность квантовым устройствам превосходить классические известна как «квантовое преимущество». В его основе лежат принципы суперпозиции и квантовой спутанности. В то время как классический бит в компьютере может принимать значение либо 0, либо 1, квантовый бит, называемый кубитом, может одновременно находиться в суперпозиции 0 и 1.
Второй концепт, спутанность, является одним из краеугольных камней квантовой механики и возникает, когда две частицы становятся неразделимо связанными друг с другом, и эта связь сохраняется, даже если одна частица находится на расстоянии в световые годы от другой. Это явление впервые было описано Альбертом Эйнштейном, он сначала поставил под сомнение его действительность, а затем назвал «страшным воздействием на расстоянии».
С тех пор физики продемонстрировали, что спутанность, фактически, точное описание физического мира и структурированности реальности. Однако создание квантового преимущества и достижение контролируемой квантовой спутанности остается сложной задачей, в основном потому, что инженеры и ученые до сих пор не пришли к общему мнению, какая физическая платформа лучше всего подходит для создания кубитов.
За последние десятилетия было исследовано множество разных технологий — запертые ионы, фотоны и сверхпроводящие цепи — как кандидаты для квантовых компьютеров и устройств. Оптимальная квантовая система или платформа для кубита может очень сильно зависеть от конкретного приложения.
До этого эксперимента молекулы долго сопротивлялись контролируемой квантовой спутанности. Но Чжэук и его коллеги нашли способ, через тщательное манипулирование в лаборатории, контролировать отдельные молекулы и уговаривать их входить в эти сплетенные квантовые состояния.
Они также предположили, что у молекул есть определенные преимущества перед атомами, например, что они особенно хорошо подходят для определенных приложений в области квантовой обработки информации и квантовой симуляции сложных материалов. В сравнении с атомами у молекул, например, больше квантовые степени свободы и возможность взаимодействовать новыми способами.
Это означает, что в практическом смысле появляются новые способы хранения и обработки квантовой информации. К примеру, молекула может вибрировать и вращаться в нескольких режимах. Поэтому вы можете использовать два из этих режимов для кодирования кубита. Если молекулярный вид полярный, две молекулы могут взаимодействовать даже при пространственном разделении
— Юкай Лу, аспирант по электротехнике и компьютерным технологиям и соавтор статьи.
