Группа физиков из Китая и США впервые создала контролируемую квантовую запутанность между охлажденными атомом и молекулой. Эксперимент демонстрирует способ создания гибридных микроскопических систем для квантовой обработки информации. Работа опубликована в журнале Nature.
Классические вычислительные устройства преобразуют информацию с разных физических носителей для обработки, хранения и передачи данных. Вполне вероятно, что квантовая обработка информация, которая производиться с помощью квантовых компьютеров, будет также использовать разные физических носители в задачах вычислений, симуляций и метрологии. Больше о квантовых компьютерах вы можете прочитать в нашем материале «Квантовая азбука».
Основными элементами квантовых компьютеров являются кубиты — микроскопические системы, которыми можно управлять с помощью макроскопических приборов. В качестве кубитов выступают искусственные или настоящие атомы. В разных реализациях квантовых компьютеров частоты кубитов отличаются на порядки, поэтому при использовании разных платформ квантовых вычислений необходимо разработать систему, позволяющую связывать несовместимые по частоте кубиты.
Группа физиков из США и Китая под руководством доктора Джеймса Чин-Вэнь Чоу (James Chin-wen Chou) предложила использовать молекулы, внутри которых существуют множество переходов с частотами от нескольких килогерц до нескольких терагерц, как медиатор для связи различных физических кубитов. Помимо того, что молекулы имеют различные внутренние энергетические уровни, они также вращаются и вибрируют, что позволяет использовать еще более высокие частоты до сотен терагерц.
Физики создали запутанное состояние молекулы гидрида кальция и иона кальция, выступающего в роли кубита. Гидрид кальция имел две рабочие частоты 13,4 килогерца и 855 гигагерц. Для проверки запутанности, исследователи связали электрон в ионе кальция с вращательными состояниями молекулы, так что измерения одной частицы будут контролировать свойства другой.
Исследователи охладили пару заряженных атома и молекулы до основного состояния в ловушке Паули. Атом и молекула отталкивалась друг от друга из-за положительных электрических зарядов, что блокировало их движение. Молекула облучалась лазером, что добавляло вращательную энергию и создавало суперпозицию низкоэнергетических и высокоэнергетических вращательных состояний, которая запускала общее механическое движение атома и молекулы. Затем дополнительные лазерный импульс заставлял кальций перейти в суперпозицию, что инициировало передачу квантового состояния.
Физики добились запутанности с разными вращательными состояниями молекулы с вероятностью 87 процентов и 76 процентов для частоты 13,4 килогерца и 855 гигагерц соответственно. Запутанность может быть улучшено с помощью лучшего охлаждения и увеличения времени когерентности кубита.
По информации https://nplus1.ru/news/2020/05/21/entanglement-between-an-atom-and-a-molecule
Обозрение "Terra & Comp".
