Fisikawan ‘menjerat’ partikel individu dengan presisi yang mencengangkan: ScienceAlert

Karena ukurannya yang sangat besar dan sulit untuk dimanipulasi, molekul telah lama menentang upaya fisikawan untuk memikat mereka ke dalam keadaan keterikatan kuantum yang terkendali, di mana molekul-molekul saling terhubung erat bahkan pada jarak yang jauh.

Kini, untuk pertama kalinya, dua tim terpisah berhasil menjerat pasangan molekul ultra-dingin menggunakan metode yang sama: “perangkap pinset” optik yang presisi secara mikroskopis.

Keterikatan kuantum adalah fenomena aneh namun mendasar di dunia kuantum yang coba dimanfaatkan oleh fisikawan untuk menciptakan komputer kuantum komersial pertama.

Semua objek – mulai dari elektron, atom, molekul, dan bahkan seluruh galaksi – secara teoritis dapat digambarkan sebagai spektrum kemungkinan sebelum objek tersebut diamati. Hanya dengan mengukur properti barulah roda untung-untungan dapat menghasilkan gambaran yang jelas.

Jika dua benda terjerat, mengetahui sesuatu tentang sifat-sifat suatu benda—putaran, posisi, atau momentumnya—segera berfungsi sebagai analogi terhadap benda lain, sehingga kedua roda rotasi potensialnya terhenti total.

Sejauh ini, para peneliti telah mampu menghubungkan ion, foton, atom, dan sirkuit superkonduktor dalam percobaan laboratorium. Misalnya, tiga tahun lalu, sebuah tim mengikat triliunan atom menjadi gas yang “panas dan kacau”. Mengesankan, tetapi tidak terlalu praktis.

Fisikawan juga telah terjerat Atom dan molekul Bahkan sebelumnya Kompleks biologis Ditemukan pada sel tumbuhan. Namun mengendalikan dan memanipulasi pasangan molekul individu – dengan presisi yang cukup untuk tujuan komputasi kuantum – adalah tugas yang lebih sulit.

Molekul sulit untuk didinginkan dan berinteraksi dengan mudah dengan lingkungannya, yang berarti mereka mudah keluar dari keadaan keterikatan kuantum yang rapuh Dekoherensi).

Salah satu contoh interaksi tersebut adalah Interaksi dipol-dipol: Cara ujung positif suatu molekul polar dapat ditarik ke arah ujung negatif molekul lain.

Namun sifat yang sama ini membuat molekul menjanjikan kandidat qubit dalam komputasi kuantum karena menawarkan kemungkinan baru untuk komputasi.

“Keadaan putaran molekul jarak jauhnya membentuk qubit yang kuat sekaligus memberikan interaksi dipol jarak jauh antar molekul Keterikatan kuantum“,” Dia menjelaskan Fisikawan Harvard Yicheng Bao dan rekan-rekannya, dalam makalah mereka.

Qubit adalah versi kuantum dari bit komputasi klasik, yang dapat mengasumsikan nilai 0 atau 1. Sebaliknya, Qubit dapat mewakili Banyak kombinasi yang mungkin 1 dan 0 secara bersamaan

Dengan melibatkan qubit, gabungan ketidakjelasan kuantum 1 dan 0 dapat bertindak sebagai kalkulator cepat dalam algoritme yang dirancang khusus.

Molekul, sebagai entitas yang lebih kompleks daripada atom atau partikel, memiliki lebih banyak sifat atau keadaan yang melekat, yang dapat digabungkan untuk membentuk qubit.

“Artinya, secara praktis, ada cara baru untuk menyimpan dan memproses informasi kuantum.” Dia berkata Yucai Lu, seorang mahasiswa pascasarjana teknik elektro dan komputer di Princeton, yang ikut menulis studi kedua.

Misalnya, sebuah molekul dapat bergetar dan berputar dalam berbagai mode. Jadi, Anda dapat menggunakan dua mode ini untuk mengkodekan qubit. Jika suatu spesies molekul bersifat polar, dua molekul dapat berinteraksi bahkan ketika mereka terpisah secara spasial.

Kedua tim menghasilkan molekul kalsium monofluorida (CaF) ultra-dingin dan kemudian menjebaknya, satu per satu, dalam pinset optik.

Dengan menggunakan sinar laser yang sangat terfokus ini, molekul-molekul tersebut ditempatkan berpasangan, cukup dekat sehingga molekul CaF dapat merasakan interaksi dipol listrik jarak jauh pasangannya. Hal ini mengikat setiap pasangan molekul ke dalam keadaan kuantum terjerat, sesaat sebelum mereka menjadi aneh.

Metode ini, melalui manipulasi yang tepat terhadap masing-masing molekul, “membuka jalan bagi pengembangan platform baru yang serbaguna untuk teknologi kuantum.” Dia menulis Augusto Summerzi, fisikawan di Dewan Riset Nasional di Italia, dalam perspektif pendamping.

Summerzy tidak terlibat dalam penelitian ini, namun dia melihat potensinya. Dengan memanfaatkan interaksi dipol molekul, ia mengatakan sistem tersebut suatu hari nanti dapat digunakan untuk mengembangkan sensor kuantum ultra-sensitif yang mampu mendeteksi medan listrik ultra-lemah.

“Aplikasinya mencakup elektroensefalografi untuk mengukur aktivitas listrik di otak, memantau perubahan medan listrik di kerak bumi, hingga memprediksi gempa bumi.” Dia berspekulasi.

Kedua penelitian tersebut dipublikasikan di Sains, Di Sini Dan Di Sini.