Los físicos ‘entrelazan’ partículas individuales con una precisión asombrosa: ScienceAlert

Debido a que son tan grandes y difíciles de manipular, las moléculas han desafiado durante mucho tiempo los intentos de los físicos de atraerlas a un estado de entrelazamiento cuántico controlado, donde las moléculas están estrechamente unidas incluso a distancia.

Ahora, por primera vez, dos equipos separados han logrado entrelazar pares de moléculas ultrafrías utilizando el mismo método: “trampas de pinzas” ópticas microscópicamente precisas.

El entrelazamiento cuántico es un fenómeno extraño pero fundamental en el mundo cuántico que los físicos están intentando aprovechar para crear las primeras computadoras cuánticas comerciales.

Todos los objetos (desde electrones hasta átomos, moléculas e incluso galaxias enteras) pueden describirse teóricamente como un espectro de posibilidades antes de ser observados. Sólo midiendo la propiedad la rueda del azar se detiene en una descripción clara.

Si dos objetos están entrelazados, conocer algo sobre las propiedades de un objeto (su giro, posición o impulso) sirve inmediatamente como una analogía con el otro, deteniendo por completo las posibles ruedas de rotación de ambas.

Hasta ahora, los investigadores han podido conectar iones, fotones, átomos y circuitos superconductores en experimentos de laboratorio. Por ejemplo, hace tres años, un equipo unió billones de átomos en un gas “caliente y caótico”. Impresionante, pero poco práctico.

Los físicos también se han visto enredados Átomo y molécula Antes, incluso Complejos biológicos Se encuentra en células vegetales. Pero controlar y manipular pares de moléculas individuales (con suficiente precisión para fines de computación cuántica) era una tarea más difícil.

Las moléculas son difíciles de enfriar e interactúan fácilmente con su entorno, lo que significa que salen fácilmente de frágiles estados de entrelazamiento cuántico. Decoherencia).

Un ejemplo de tales interacciones es Interacciones dipolo-dipolo: La forma en que el extremo positivo de una molécula polar puede ser atraído hacia el extremo negativo de otra molécula.

Pero estas mismas propiedades hacen que las moléculas sean candidatas prometedoras para los qubits en la computación cuántica porque ofrecen nuevas posibilidades para la computación.

“Sus estados de espín molecular de largo alcance forman qubits fuertes al tiempo que proporcionan una interacción dipolar de largo alcance entre las moléculas. Entrelazamiento cuántico«,» El explica El físico de Harvard Yicheng Bao y sus colegas, en su artículo.

Los qubits son la versión cuántica de los bits informáticos clásicos, que pueden asumir un valor de 0 o 1. Los qubits, por otro lado, pueden representar Muchas combinaciones posibles 1 y 0 al mismo tiempo

Al entrelazar los qubits, la borrosidad cuántica combinada de unos y ceros puede actuar como calculadoras rápidas en algoritmos especialmente diseñados.

Las moléculas, al ser entidades más complejas que los átomos o las partículas, tienen propiedades o estados más inherentes, que pueden acoplarse para formar un qubit.

«Lo que esto significa, en términos prácticos, es que existen nuevas formas de almacenar y procesar información cuántica». Él dice Yucai Lu, estudiante de posgrado en ingeniería eléctrica e informática en Princeton, coautor del segundo estudio.

«Por ejemplo, una molécula puede vibrar y rotar en múltiples modos. Entonces, puedes usar dos de estos modos para codificar un qubit. Si una especie molecular es polar, dos moléculas pueden interactuar incluso cuando están separadas espacialmente».

Ambos equipos produjeron moléculas de monofluoruro de calcio (CaF) ultrafrías y luego las atraparon, una por una, en pinzas ópticas.

Utilizando estos rayos de luz láser estrechamente enfocados, las moléculas se colocaron en pares, lo suficientemente cerca como para que la molécula de CaF pudiera detectar la interacción dipolar eléctrica de largo alcance de su pareja. Esto unió a cada par de moléculas en un estado cuántico entrelazado, poco antes de que se volvieran extraños.

Este método, mediante su manipulación precisa de moléculas individuales, «allana el camino para el desarrollo de plataformas nuevas y versátiles para tecnologías cuánticas». El escribe Augusto Summerzi, físico del Consejo Nacional de Investigación de Italia, en una perspectiva acompañante.

Summerzy no participó en la investigación, pero ve su potencial. Aprovechando las interacciones dipolares de las moléculas, afirma que el sistema algún día podría utilizarse para desarrollar sensores cuánticos ultrasensibles capaces de detectar campos eléctricos ultradébiles.

«Las aplicaciones se extienden desde la electroencefalografía para medir la actividad eléctrica en el cerebro hasta el seguimiento de los cambios en los campos eléctricos en la corteza terrestre y la predicción de terremotos». el especula.

Los dos estudios fueron publicados en Ciencias, aquí Y aquí.