科技日報(bào)記者 張佳欣
英國杜倫大學(xué)研究人員首次利用精確控制的光學(xué)陷阱，即“魔法波長光鑷”，創(chuàng)造了一個高度穩(wěn)定的環(huán)境，成功實(shí)現(xiàn)了分子間的長時間量子糾纏，為研究量子計(jì)算、傳感和基礎(chǔ)物理學(xué)開辟了新途徑。這一突破是量子科學(xué)領(lǐng)域一系列進(jìn)展中的最新成果，標(biāo)志著在利用分子開發(fā)復(fù)雜量子技術(shù)方面的重大進(jìn)步。
量子糾纏示意圖。圖片來源：NASA官網(wǎng)
量子糾纏是一種量子力學(xué)基本現(xiàn)象，其中兩個粒子相互關(guān)聯(lián)，一個粒子的狀態(tài)會直接影響另一個粒子的狀態(tài)，無論它們之間的距離有多遠(yuǎn)。這一現(xiàn)象是量子計(jì)算和其他先進(jìn)量子技術(shù)的核心。科學(xué)家此前已在原子層面實(shí)現(xiàn)了糾纏，但在更復(fù)雜的分子層面實(shí)現(xiàn)糾纏，則是一次重大進(jìn)步。這是因?yàn)榉肿訐碛懈鼜?fù)雜的結(jié)構(gòu)和特性，比如振動和旋轉(zhuǎn)，這些特性在高級量子應(yīng)用中具有潛在價值。
研究人員表示，這一成果凸顯了人們對單個分子的卓越控制能力。量子糾纏非常脆弱，但他們能夠利用極其微弱的相互作用，使兩個分子糾纏在一起，并在接近一秒鐘的時間內(nèi)保持糾纏。
實(shí)驗(yàn)成功得益于創(chuàng)造一個穩(wěn)定環(huán)境，該環(huán)境能在長時間內(nèi)保持糾纏分子的相干性。通過使用“光鑷”中特別調(diào)節(jié)的激光，研究人員能以前所未有的精度控制分子。
此次實(shí)現(xiàn)了極高的糾纏保真度，達(dá)到了92%以上水平，如果考慮到可糾正的錯誤，保真度甚至更高。分子糾纏的穩(wěn)定性，對于需要長時間測量和存儲量子信息的應(yīng)用至關(guān)重要。
該研究展示了分子作為下一代量子技術(shù)構(gòu)建單元的巨大潛力。能長時間保持的分子糾纏可用于構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)或精密量子傳感器，幫助理解復(fù)雜材料的量子性質(zhì)。此外，還可改善量子傳感中的精密測量，模擬復(fù)雜量子材料，甚至帶來新的量子計(jì)算形式。
此外，該結(jié)果還將推動“量子存儲器”的開發(fā)，即能長時間存儲量子信息的設(shè)備。這對于先進(jìn)的量子網(wǎng)絡(luò)極為關(guān)鍵。
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