Связанные частицы можно использовать для квантовых вычислений. Исследование опубликовано в журнале Science. Физики из Принстонского университета впервые запутали квантовые состояния двух отдельных молекул. До сих пор квантовой запутанности удавалось добиться только для частиц, отдельных атомов и ионов. Связанные молекулы становятся новым кандидатом в кубиты для квантовых вычислений.

Для эксперимента исследователи выбрали полярные молекулы фторида кальция, которые можно охлаждать с помощью лазеров до сверхнизких температур, где проявляются эффекты квантовой механики. Отдельные охлажденные молекулы физики захватили с помощью сложной системы плотно сфокусированных лазерных лучей — «оптического пинцета». Управляя «пинцетом», физики создали изолированные пары молекул и бездефектные цепочки молекул.

Затем ученые закодировали кубит в молекулу. Им удалось показать, что этот молекулярный кубит остается когерентным; то есть он запомнил свою суперпозицию. Чтобы запутать молекулы, с помощью серии микроволновых импульсов физики заставили их взаимодействовать друг с другом согласованным образом.

Поддерживая взаимодействие импульсами в течение определенного периода времени, ученые реализовали двухкубитный вентиль, который запутывал две молекулы. Это важно, поскольку такой вентиль является строительным блоком для универсальных цифровых квантовых вычислений.

У молекул есть преимущества, которые делают их лучшими кандидатами для определенных приложений в квантовой обработке информации и квантовом моделировании сложных материалов. Например, по сравнению с атомами молекулы имеют больше квантовых степеней свободы и могут взаимодействовать новыми способами.

На практике это означает, что существуют новые способы хранения и обработки квантовой информации. Например, молекула может вибрировать и вращаться в нескольких режимах. Таким образом, вы можете использовать два из этих режимов для кодирования кубита. Если молекула полярная, то две молекулы могут взаимодействовать, даже если они пространственно разделены, – Юкай Лу, соавтор статьи и аспирант Принстонского университета.