Forskere forlænger levetiden for et dipolært molekyle

I 2018, Kang-Kuen Ni og hendes lab tjente forsiden af Videnskab med en imponerende bedrift:De tog to individuelle atomer, et natrium og et cæsium, og smed dem til et enkelt dipolært molekyle, natriumcæsium.

Natrium og cæsium ignorerer normalt hinanden i naturen; men i Ni -laboratoriets omhyggeligt kalibrerede vakuumkammer, hun og hendes team fangede hvert atom ved hjælp af lasere og tvang dem derefter til at reagere, en evne, der gav forskere en ny metode til at studere en af ​​de mest grundlæggende og allestedsnærværende processer på Jorden:dannelsen af ​​en kemisk binding. Med Ni's opfindelse, forskere kunne ikke kun opdage mere om vores kemiske grundlag, de kunne begynde at skabe skræddersyede molekyler til nye anvendelser som qubits til kvantecomputere.

Men der var en fejl i deres oprindelige natriumcæsiummolekyle:"Det molekyle gik tabt kort tid efter, at det var fremstillet, "sagde Ni, Morris Kahn lektor i kemi og kemisk biologi og fysik. Nu, i en ny undersøgelse offentliggjort i Fysik Review Letters , Ni og hendes team rapporterer om en ny bedrift:De gav deres molekyle en forlænget levetid på op til næsten tre og et halvt sekund - en luksus af tid i kvanteområdet - ved at kontrollere alle frihedsgrader (inklusive dets bevægelse) for et individ dipolære molekyler for første gang. I løbet af de dyrebare sekunder, forskerne kan opretholde den fulde kvantekontrol, der er nødvendig for stabile qubits, byggestenene til en lang række spændende kvanteapplikationer.

Ifølge avisen, "Disse længe levede, fuldt kvantetilstandsstyrede individuelle dipolære molekyler udgør en nøgleressource for molekylbaseret kvantsimulering og informationsbehandling. "F.eks. sådanne molekyler kan fremskynde fremskridt mod kvantesimulering af nye faser af stof (hurtigere end nogen kendt computer), high-fidelity kvanteinformationsbehandling, præcisionsmålinger, og grundforskning inden for koldkemi (en af ​​Ni's specialer).

Og, ved at danne lydige molekyler i deres kvantejordtilstande (dybest set deres enkleste, mest smidige form), forskerne skabte mere pålidelige qubits med elektriske håndtag, hvilken, ligesom magnetens håndtag, give forskere mulighed for at interagere med dem på nye måder (f.eks. med mikrobølger og elektriske felter).

Næste, teamet arbejder på at skalere deres proces:De planlægger at samle ikke bare et molekyle fra to atomer, men tvinge større samlinger af atomer til at interagere og danne molekyler parallelt. Ved at gøre sådan, de kan også begynde at udføre langtrækkende sammenfiltringsinteraktioner mellem molekyler, grundlaget for informationsoverførsel i kvanteberegning.

"Med tilføjelse af mikrobølgeovn og elektrisk feltstyring, "sagde Ni, "molekylære qubits til kvanteberegningsapplikationer og simuleringer, der fremmer vores forståelse af kvantefaser af stof er inden for eksperimentel rækkevidde."