Что может способствовать развитию квантовых компьютеров с квантовыми вычислениями.

Исследование стало ключевым шагом в демонстрации того, что молекулы могут быть жизнеспособной платформой для квантовой науки

Профессор экспериментальной физики Оксфордского университета Ян Уолмсли рассказывает о том, как работает квантовая запутанность и как можно использовать телепортацию

Ученые связали молекулы в причудливые особые состояния, они заставляют их одновременно взаимодействовать друг с другом, даже если они находятся на расстоянии многих миль друг от друга, — прорыв, который может способствовать развитию квантовых вычислений.

Квантовые компьютеры могут решать некоторые задачи гораздо быстрее обычных компьютеров, поскольку они способны выполнять несколько параллельных вычислений одновременно на бешеной скорости.

В то время как классический бит компьютера принимает значение 0 или 1, квантовые биты — или кубиты — могут одновременно находиться в суперпозиции 0 и 1, что позволяет выполнять широкий спектр вычислений одновременно.

Эти компьютеры используют феномен квантовой физики "запутывание" - особое состояние, названное физиком Альбертом Эйнштейном "жутким действием на расстоянии", при котором частицы взаимодействуют одновременно, даже если они находятся в противоположных концах Вселенной.

Это происходит, когда две частицы становятся неразрывно связанными друг с другом так, что эта связь сохраняется, даже если одна частица находится на расстоянии световых лет от другой частицы.

Дальнейшие достижения в области квантовой запутанности могут помочь разработать компьютерные модели сложных материалов. Их поведение трудно смоделировать, и создать квантовые датчики, которые будут измерять быстрее, чем их традиционные аналоги.

Однако достижение управляемой квантовой запутанности остается сложной задачей.

Это связано с тем, что исследователи до сих пор не определились, какая платформа — ионы, фотоны или атомы — лучше всего подходит для создания кубитов.

Новое исследование, опубликованное в журнале Science, впервые показало, что отдельными молекулами можно аккуратно манипулировать, создавая взаимосвязанные квантовые состояния.

"С практической точки зрения это означает, что появились новые способы хранения и обработки квантовой информации"

— говорит соавтор исследования Юкай Лу из Принстонского университета.

Поскольку молекулы могут взаимодействовать большим количеством способов, чем атомы, исследователи говорят, что их запутанность может быть хорошо приспособлена для некоторых приложений, например, для моделирования сложных материалов.

Например, молекула может вибрировать и вращаться в нескольких режимах, и два из этих режимов могут быть использованы для кодирования кубита.

Однако те самые степени свободы, которые делают молекулы привлекательными для квантовых вычислений, также делают их трудно контролируемыми в лабораторных условиях.

В последнем исследовании ученые преодолели эти трудности с помощью нескольких тщательных подходов, включая использование лазера для охлаждения молекул до ультрахолодных температур, при которых квантовая механика выходит на первый план.

Затем с помощью микроволновых импульсов и "оптического пинцета", используемого для манипулирования сверхмалыми молекулами, они смогли заставить отдельные молекулы когерентно взаимодействовать друг с другом и запутываться.