Иллюстрация: Yiheng Lin, et al. / Nature, 2020. Группа физиков из Китая и США впервые создала контролируемую квантовую запутанность между охлажденными атомом и молекулой. Эксперимент демонстрирует способ создания гибридных микроскопических систем для квантовой обработки информации. Работа опубликована в журнале Nature. Классические вычислительные устройства преобразуют информацию с разных физических носителей для обработки, хранения и передачи данных. Вполне вероятно, что квантовая обработка информация, которая производиться с помощью квантовых компьютеров, будет также использовать разные физических носители в задачах вычислений, симуляций и метрологии. Больше о квантовых компьютерах вы можете прочитать в нашем материале «Квантовая азбука». Основными элементами квантовых компьютеров являются кубиты — микроскопические системы, которыми можно управлять с помощью макроскопических приборов. В качестве кубитов выступают искусственные или настоящие атомы. В разных реализациях квантовых компьютеров частоты кубитов отличаются на порядки, поэтому при использовании разных платформ квантовых вычислений необходимо разработать систему, позволяющую связывать несовместимые по частоте кубиты.

Схема экспериментальной установки по созданию запутанности между молекулой и атомом. Yiheng Lin, et al. / Nature, 2020

Группа физиков из США и Китая под руководством доктора Джеймса Чин-Вэнь Чоу (James Chin-wen Chou) предложила использовать молекулы, внутри которых существуют множество переходов с частотами от нескольких килогерц до нескольких терагерц, как медиатор для связи различных физических кубитов. Помимо того, что молекулы имеют различные внутренние энергетические уровни, они также вращаются и вибрируют, что позволяет использовать еще более высокие частоты до сотен терагерц.

Физики создали запутанное состояние молекулы гидрида кальция и иона кальция, выступающего в роли кубита. Гидрид кальция имел две рабочие частоты 13,4 килогерца и 855 гигагерц. Для проверки запутанности, исследователи связали электрон в ионе кальция с вращательными состояниями молекулы, так что измерения одной частицы будут контролировать свойства другой.

Исследователи охладили пару заряженных атома и молекулы до основного состояния в ловушке Паули. Атом и молекула отталкивалась друг от друга из-за положительных электрических зарядов, что блокировало их движение. Молекула облучалась лазером, что добавляло вращательную энергию и создавало суперпозицию низкоэнергетических и высокоэнергетических вращательных состояний, которая запускала общее механическое движение атома и молекулы. Затем дополнительные лазерный импульс заставлял кальций перейти в суперпозицию, что инициировало передачу квантового состояния.

Переходы между уровнями энергии атома и молекулы, которые возбуждаются. Yiheng Lin, et al. / Nature, 2020

Физики добились запутанности с разными вращательными состояниями молекулы с вероятностью 87 процентов  и 76 процентов для частоты 13,4 килогерца и 855 гигагерц соответственно. Запутанность может быть улучшено с помощью лучшего охлаждения и увеличения времени когерентности кубита.

Ранее мы писали о том, как физикам из Китая удалось запутать 100 миллионов охлажденных атомом на расстоянии 50 километров с помощью фотонов, а недавно физики из Швейцарии запутали два сверхпроводящих кубита на расстоянии 5 метров.

Автор: Михаил Перельштейн
Источник: https://nplus1.ru/

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!