Les physiciens « emmêlent » les particules individuelles avec une précision étonnante : ScienceAlert

En raison de leur taille et de leur difficulté à manipuler, les molécules ont longtemps défié les tentatives des physiciens visant à les attirer dans un état d’intrication quantique contrôlée, dans lequel les molécules sont étroitement liées, même à distance.

Aujourd’hui, pour la première fois, deux équipes distinctes ont réussi à enchevêtrer des paires de molécules ultra-froides en utilisant la même méthode : des « pièges à pinces » optiques d’une précision microscopique.

L’intrication quantique est un phénomène étrange mais fondamental dans le monde quantique dont les physiciens tentent de tirer parti pour créer les premiers ordinateurs quantiques commerciaux.

Tous les objets – des électrons aux atomes en passant par les molécules et même les galaxies entières – peuvent être théoriquement décrits comme un spectre de possibilités avant d’être observés. Ce n’est qu’en mesurant la propriété que la roue du hasard se fixe sur une description claire.

Si deux objets sont intriqués, connaître quelque chose sur les propriétés de l’un d’entre eux (sa rotation, sa position ou son élan) sert immédiatement d’analogie avec l’autre, arrêtant complètement leurs deux roues de rotation potentielles.

Jusqu’à présent, les chercheurs ont réussi à connecter des ions, des photons, des atomes et des circuits supraconducteurs lors d’expériences en laboratoire. Par exemple, il y a trois ans, une équipe a lié des milliards d’atomes dans un gaz « chaud et chaotique ». Impressionnant, mais pas très pratique.

Les physiciens ont également été mêlés Atome et molécule Avant, même Complexes biologiques Trouvé dans les cellules végétales. Mais contrôler et manipuler des paires de molécules individuelles – avec une précision suffisante pour les besoins de l’informatique quantique – était une tâche plus difficile.

Les molécules sont difficiles à refroidir et interagissent facilement avec leur environnement, ce qui signifie qu’elles sortent facilement des états fragiles d’intrication quantique. Décohérence).

Un exemple de telles interactions est Interactions dipôle-dipôle: La manière dont l’extrémité positive d’une molécule polaire peut être tirée vers l’extrémité négative d’une autre molécule.

Mais ces mêmes propriétés font des molécules des candidats prometteurs pour les qubits en informatique quantique car elles offrent de nouvelles possibilités de calcul.

« Leurs états de spin moléculaire à longue portée forment des qubits puissants tout en fournissant une interaction dipolaire à longue portée entre les molécules. Intrication quantique« , » Il explique Le physicien de Harvard Yicheng Bao et ses collègues, dans leur article.

Les qubits sont la version quantique des bits informatiques classiques, qui peuvent prendre une valeur de 0 ou 1. Les qubits, en revanche, peuvent représenter De nombreuses combinaisons possibles 1 et 0 en même temps

En enchevêtrant les qubits, le flou quantique combiné des 1 et des 0 peut agir comme des calculateurs rapides dans des algorithmes spécialement conçus.

Les molécules, étant des entités plus complexes que les atomes ou les particules, ont des propriétés ou des états plus inhérents, qui peuvent être couplés entre eux pour former un qubit.

« Concrètement, cela signifie qu’il existe de nouvelles façons de stocker et de traiter l’information quantique. » Il dit Yucai Lu, étudiant diplômé en génie électrique et informatique à Princeton, co-auteur de la deuxième étude.

« Par exemple, une molécule peut vibrer et tourner selon plusieurs modes. Ainsi, vous pouvez utiliser deux de ces modes pour coder un qubit. Si une espèce moléculaire est polaire, deux molécules peuvent interagir même lorsqu’elles sont spatialement séparées. »

Les deux équipes ont produit des molécules ultra-froides de monofluorure de calcium (CaF), puis les ont piégées, une par une, dans des pincettes optiques.

À l’aide de ces faisceaux de lumière laser étroitement focalisés, les molécules ont été placées par paires, suffisamment proches pour que la molécule CaF puisse détecter l’interaction dipolaire électrique à longue portée de son partenaire. Cela a lié chaque paire de molécules dans un état quantique intriqué, peu de temps avant qu’elles ne deviennent étranges.

Cette méthode, grâce à sa manipulation précise de molécules individuelles, « ouvre la voie au développement de nouvelles plates-formes polyvalentes pour les technologies quantiques ». Il écrit Augusto Summerzi, physicien au Conseil national de la recherche en Italie, dans une perspective d’accompagnement.

Summerzy n’a pas participé à la recherche, mais il en voit le potentiel. En tirant parti des interactions dipolaires des molécules, il affirme que le système pourrait un jour être utilisé pour développer des capteurs quantiques ultra-sensibles capables de détecter des champs électriques ultra-faibles.

« Les applications s’étendent de l’électroencéphalographie pour mesurer l’activité électrique dans le cerveau à la surveillance des changements dans les champs électriques dans la croûte terrestre et à la prévision des tremblements de terre. » Il spécule.

Les deux études ont été publiées dans les sciences, ici Et ici.