Ученые добились длительной квантовой запутанности между молекулами

Исследователи из Даремского университета успешно продемонстрировали длительную квантовую запутанность между молекулами.

Достижение этой стадии квантовой запутанности открывает новые двери для будущих достижений в области квантовых вычислений, зондирования и фундаментальной физики.

Впервые в мире ученые использовали точно контролируемые оптические ловушки, известные как «оптические пинцеты с магической длиной волны», для создания высокостабильной среды, поддерживающей длительную запутанность, что является ключевой возможностью для квантовых технологий следующего поколения.

Квантовая запутанность и ее применение в технологиях

Квантовая запутанность — это фундаментальное явление, при котором две частицы оказываются связанными друг с другом, и состояние одной частицы напрямую влияет на состояние другой, независимо от расстояния между ними.

Это означает, что измерение свойств одной частицы мгновенно определит свойства другой, хотя информация не может распространяться быстрее скорости света.

Несмотря на странные последствия, запутанность была подтверждена экспериментально и является фундаментальной концепцией квантовой механики, имеющей потенциальное применение в квантовых вычислениях и криптографии, например:

• Квантовые вычисления. Запутанность является важнейшим ресурсом в квантовых вычислениях, где квантовые биты (кубиты) могут существовать в запутанных состояниях, что позволяет производить более мощные и быстрые вычисления, чем классические компьютеры.
• Квантовая криптография. Запутанность может быть использована в методах безопасной коммуникации, таких как квантовое распределение ключей, которое гарантирует, что любое подслушивание квантовой передачи данных может быть немедленно обнаружено.

Молекулярный прорыв — первый в своем роде

Хотя квантовая запутанность была достигнута с помощью атомов, ее достижение с помощью сложных молекул — это значительный шаг вперед, поскольку молекулы обладают дополнительными структурами и свойствами, такими как вибрация и вращение, которые можно использовать в передовых квантовых приложениях.

Профессор Саймон Корниш, возглавивший исследование, пояснил:

Полученные результаты свидетельствуют о том, что мы обладаем удивительным контролем над отдельными молекулами.

Квантовая запутанность очень хрупка, но мы можем запутать две молекулы с помощью невероятно слабых взаимодействий, а затем предотвратить потерю запутанности на время, приближающееся к одной секунде.

Этот прорыв стал возможен благодаря созданию стабильной среды, которая сохраняет когерентность запутанных молекул в течение длительного времени.

Используя специально настроенный лазерный свет в оптическом пинцете, исследователи могут управлять молекулами с беспрецедентной точностью, что открывает путь к более сложным квантовым операциям.

Наша работа демонстрирует невероятный потенциал молекул как строительных блоков для квантовых технологий следующего поколения, — говорит доктор Дэниел Раттлей, соавтор исследования.

Долгоживущая молекулярная запутанность может быть использована для создания квантовых компьютеров или точных квантовых датчиков, а также для понимания квантовой природы сложных материалов.

Стабильность молекул имеет большое значение

В ходе исследования была достигнута исключительно высокая точность запутывания, составившая более 92%, а с учетом исправляемых ошибок — еще выше.

Такая стабильность запутанности молекул очень важна для приложений, требующих длительных периодов измерений и хранения квантовой информации.

Долгоживущая квантовая запутанность в молекулах может повысить точность измерений в квантовом зондировании, смоделировать сложные квантовые материалы и обеспечить новые формы квантовых вычислений.

Кроме того, это исследование поддерживает разработку «квантовой памяти» — устройств, хранящих квантовую информацию в течение длительного времени, что необходимо для передовых квантовых сетей.

Этот прорыв является последним в ряду достижений в области квантовой науки и представляет собой большой скачок к использованию молекул в сложных квантовых технологиях.

Ранее ученые продемонстрировали квантовую телепортацию.

18.01.2025