單分子量子糾纏首次實(shí)現

  ICC訊 美國兩個(gè)科研團隊在7日出版的《科學(xué)》雜志上分別刊文稱(chēng)，他們首次讓單個(gè)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也能同時(shí)相互關(guān)聯(lián)、相互作用。研究團隊指出，這項研究為很多應用奠定了基礎，包括構建更好的量子計算機、量子模擬器和傳感器等。

  實(shí)現可控的量子糾纏面臨諸多挑戰，此前科學(xué)家從未讓單個(gè)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雜材料的量子模擬。但分子非常復雜，自由度難以把控，因此讓單個(gè)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“光鑷”擷取單個(gè)分子，由此可以創(chuàng )建由一個(gè)一個(gè)的分子組成的陣列，如孤立的分子對和無(wú)缺陷的分子串。

  接下來(lái)，他們將量子比特編碼為分子的非旋轉和旋轉狀態(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(gè)的分子以相干方式相互糾纏，并讓這種糾纏持續了一定時(shí)間，實(shí)現了兩個(gè)糾纏分子的雙量子比特門(mén)，后者是通用數字量子計算和復雜材料模擬的基石。哈佛大學(xué)科學(xué)家開(kāi)展的類(lèi)似實(shí)驗也證明了這一點(diǎn)。

  研究團隊指出，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以發(fā)現材料的新磁性等。

  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(gè)量子比特的相干操縱和糾纏態(tài)制備，是發(fā)展可擴展量子信息技術(shù)，特別是量子計算的最核心指標。量子計算實(shí)現的必要條件包括可擴展、可初始化、長(cháng)相干等。其中，可擴展性即增加量子比特數目，可實(shí)現大規模量子計算；而長(cháng)相干時(shí)間即量子態(tài)保持量子相干，能用于邏輯運算。此前，科學(xué)家已實(shí)現多個(gè)光量子比特超糾纏態(tài)的實(shí)驗制備，讓單個(gè)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(lái)新啟發(fā)。