單分子量子糾纏首次實現(xiàn)

  ICC訊 美國兩個科研團隊在7日出版的《科學》雜志上分別刊文稱，他們首次讓單個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相互關聯(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。

  實現(xiàn)可控的量子糾纏面臨諸多挑戰(zhàn)，此前科學家從未讓單個分子發(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，普林斯頓大學物理學助理教授勞倫斯·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(tǒng)“光鑷”擷取單個分子，由此可以創(chuàng)建由一個一個的分子組成的陣列，如孤立的分子對和無缺陷的分子串。

  接下來，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，使單個的分子以相干方式相互糾纏，并讓這種糾纏持續(xù)了一定時間，實現(xiàn)了兩個糾纏分子的雙量子比特門，后者是通用數(shù)字量子計算和復雜材料模擬的基石。哈佛大學科學家開展的類似實驗也證明了這一點。

  研究團隊指出，這種分子陣列有望成為很多量子研究領域的新平臺，如模擬量子多體系統(tǒng)以發(fā)現(xiàn)材料的新磁性等。

  量子信息技術是目前炙手可熱的前沿科學領域，相關研究進展層出不窮。多個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，特別是量子計算的最核心指標。量子計算實現(xiàn)的必要條件包括可擴展、可初始化、長相干等。其中，可擴展性即增加量子比特數(shù)目，可實現(xiàn)大規(guī)模量子計算；而長相干時間即量子態(tài)保持量子相干，能用于邏輯運算。此前，科學家已實現(xiàn)多個光量子比特超糾纏態(tài)的實驗制備，讓單個分子處于量子糾纏狀態(tài)，有望為量子信息技術研究帶來新啟發(fā)。