Физики из Национального института стандартов и технологий (NIST) увеличены объемы контроля основных свойств молекул на квантовом уровне путем связывания или «спутать» электрически заряженный атом и электрически заряженные молекулы, демонстрируя Способ построения гибридных квантовых информационных систем, которые могли бы манипулировать, хранить и передавать различные виды данных.
Описанные в документе, размещенном в интернете 20 мая, новый метод НИСТ может помочь в построении крупномасштабных квантовых компьютеров и сетей при подключении квантовых битов (кубитов) на основе несовместимыми конструкции оборудования и рабочие частоты. Смешанные платформы квантовых систем может предложить универсальность, как у обычных компьютерных систем, которые, например, могут обмениваться данными между собой электронный процессор, оптический диск и магнитный диск.
Эксперименты НИСТ успешно запутался свойства электронов в атомарных ионов при вращательных состояний молекулы, так что измерение одной частицы будет контролировать свойства других. Исследование основывается на 2017 демонстрация одной группы квантовой контроль молекула, которая расширенных пор используется для манипулирования атомами и более сложными и потенциально более плодотворными, Арена, предлагаемых молекулы, состоящие из нескольких атомов, соединенных вместе.
Молекулы имеют различные внутренние энергетические уровни, как и атомы, но также вращаются и вибрируют на разных скоростях и углах. Поэтому молекулы могут выступать в качестве посредников в квантовых системах путем преобразования квантовой информации кубит в широком диапазоне частот от нескольких тысяч до нескольких триллионов циклов в секунду. С вибрацией, молекулы могли бы предложить еще выше кубит частот.
«Мы доказали, атомного Иона и молекулярного Иона запутались, и мы также показали вам широкий выбор кубит частот в молекуле,» НИСТ физик Джеймс (чин-Вэнь) Чоу сказал.
Кубит представляет цифровые биты данных 0 и 1 с точки зрения двух различных квантовых состояний, таких как низкие и высокие уровни энергии в атоме. Кубит может также находиться в «суперпозиции» двух государств одновременно. Исследователи из NIST запутывается двумя уровнями энергии атомарных ионов кальция с двух разных пар вращательных состояний кальция гидрид молекулярного Иона, который является Ион кальция, связанные с атомом водорода. Молекулярная кубита была частота перехода-скорость на велосипеде между двумя государствами вращения — из низкой энергии в 13,4 килогерц (кГц тысячи циклов в секунду) и высокой энергии на 855 млрд циклов в секунду (МГц или ГГц).
«Молекулы обеспечивают выделение частот переходов и можно выбрать из нескольких типов молекул, поэтому это огромный спектр частот кубита мы можем принести в квантовой информатики», — сказал Чоу. «Мы воспользовавшись переходы встречаются в природе, поэтому результаты будут одинаковы для всех».
В экспериментах использовали формулу синий и инфракрасный лазерные лучи различной интенсивности, направленности и последовательности импульсов для охлаждения, опутать и измерять квантовые состояния ионов.
Во-первых, исследователи из NIST в ловушку и охлаждают двух ионов к их низкой-энергетических состояний. Пара отталкивают друг друга из-за их физической близости и положительных электрических зарядов и отталкивания вела себя, как весна фиксируя их движения. Лазерных импульсов добавила энергии вращения молекулы и создали суперпозиции низким потреблением энергии и высокой энергии вращательных состояний, которые также отправились общего движения, поэтому два иона начала раскачиваться или качаясь в унисон, в этом случае в противоположных направлениях.
Таким образом, вращение молекулы были связаны с ее движением. Более лазерные импульсы эксплуатируемых общий двух ионов движение, чтобы побудить атомарных ионов в суперпозиции низких и высоких уровней энергии. Таким образом, обвития был переведен из движения, чтобы охватить атома. Исследователи определяли состояние атомного Иона, посветив на нее лазер и измерения его флюоресценции, или сколько света рассеивается.
Исследователи из NIST продемонстрировали технику с двумя наборами свойств молекулы вращательная, успешного запутывания в 87% случаев с низким уровнем энергии пара (кубита), и 76% времени с более высокой энергией пара. В низкоэнергетических случае, молекула вращается на двух слегка разных углов, как волчок, но в обоих состояниях сразу. В высокоэнергетической случае, молекула вращается на двух ставок одновременно, разделенные большой разницы в скорости.
Новая работа стала возможной благодаря квантовые логические методы, показанные в 2017 эксперимента. Исследователи применили импульсов инфракрасного лазерного излучения для привода переключения между двумя из более чем 100 возможных вращательных состояний молекулы. Исследователи знали, что этот переход произошел, потому что был добавлен в общий двух ионов движение определенное количество энергии. Исследователи знали, что ионы были опутаны на основе световых сигналов от атомного Иона.
Новые методы могут быть использованы с широким диапазоном молекулярных ионов, состоящих из различных элементов, предлагая широкий выбор кубит свойства.
Подход может соединить разные виды кубитов, работающих на разных частотах, таких как атомы и сверхпроводящих систем или частиц света, в том числе в области телекоммуникаций и СВЧ компонентов. В дополнение к приложениям в квантовой информации, новые методы могут также оказаться полезными в квантовых датчиков или при выполнении квантово-улучшенная химия.
Финансирование было обеспечено научно-исследовательского управления армии.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!