在光镊阵列中首次实现分子之间的纠缠

　　普林斯顿年夜学^[1]以及哈佛年夜学^[2]的研究团队划分报导了一种方案，用于调解可零丁找址份子的量子态，完成按需的量子纠缠，并正在可重构光镊阵列中初次试验完成了双原子份子的纠缠。两个团队都是哄骗份子之间的电偶极彼此作用，肯定性地天生了由氟化钙(CaF)份子动弹能级组成的贝尔态（最年夜纠缠态），并演示了iSWAP双比特量子门。该研究供给了节制单个份子的量子态以完成量子纠缠的要领，为将份子体系作为新的量子技能平台摊平门路。两项结果均于12月7日颁发于《迷信》杂志。

　　© Science普林斯顿年夜学团队的研究论文[1]以《可重构光镊阵列中的份子按需纠缠(On-demand entanglement of molecules in a reconfigurable optical tweezer array)》为题颁发于《迷信》杂志。

　　© Science哈佛年夜学团队的研究论文[2]以《光镊阵列中份子间的偶极自旋互换以及纠缠(Dipolar spin-exchange and entanglement between molecules in an optical tweezer array)》为题颁发于《迷信》杂志。

　　量子信息处置惩罚需求量子纠缠的受控发生以及把持。只管各类原子、光子以及超导平台上曾经完成了纠缠，但节制份子纠缠的发生是一个恒久存正在的应战。

　　份子富厚的自由度可认为量子摹拟供给更多的功用，并供给处置惩罚高维量子态的可能性。然而，恰是份子更多的自由度使患上它们正在试验室情况中难以节制，首要停滞就是由浩繁外部动弹以及振动能态惹起的庞大性。这些能态的布居阻碍了人们正在单量子程度上节制份子内态以将其指导到所需的量子态。要做到这一点，需求将份子冷却到脚够低的温度。最近几年来，经由过程间接激光冷却等技能，人们正在冷却份子方面取患了显著冲破。

　　两个研究团队都哄骗了束厄局促正在可重构光镊阵列中的单氟化钙(CaF)份子对之间的长途电偶极彼此作用，而且都胜利地演示了一种重要的纠缠量子态的发生——所谓的“贝尔态”。贝尔态正在量子信息以及通讯和谈中起着要害作用，并正在对量子力学根蒂根基实践框架的研究中阐扬着特殊作用。这些纠缠态的特色是一个CaF份子的两个动弹能级与相近另外一个没有同的近邻份子的两个动弹能级之间存正在最强的联系关系。这两个能级组成了一个量子比特，这是量子信息的基本单元。

　　研究团队所取患上的成绩是成立正在对单个份子的准确节制之上的。很多零丁的CaF份子被束厄局促正在由约莫20个间距为几微米的光镊所构成的可重构一维阵列中。正在重布阵列以消弭未占用的位置后，哄骗微波传输以及光泵浦将这些份子的内态配置为繁多的量子态。只管存正在由光镊的静止以及其余要素形成的能量丧失，该试验方案供给了一个高度可控的份子阵列，为量子把持做好了筹办。

超冷的氟化钙份子被两两束厄局促正在光镊对的一维阵列中。© Science

　　研究团队应用这类配置创立了最年夜纠缠份子对的系综。位于相邻光镊中的两个CaF份子被放置患上脚够近，以感知它们的长程电偶极彼此作用。这招致了阵列中每一对光镊之间的动弹偶极自旋互换彼此作用，从而静态地从两个先前不联系关系的份子中构建了贝尔态。这一受控的能源学历程有用地完成了iSWAP双比特量子门，其准则上脚认为量子计较创立一组通用量子门。

　　研究团队对份子纠缠的操作以及表征为开发新的通用量子技能平台摊平了门路。他们要领的显著特色包含很年夜的份子电偶极矩——其远超原子的典型值——和长命命相关量子态的富厚布局。这将许可人们研究例云云前未表征的物资拓扑相，并开发具备纠缠加强活络度的传感器，用于检测超弱电场，进而可以监测年夜脑电勾当或地壳电场变迁。

　　此外，因为份子今朝被用于单个光子发射以及非线性光学器件，份子之间的纠缠可以作为节制发射光子量子特征的手腕。另外一方面，份子光谱学方案可以用于计量使用，其方针是超出粒子物理尺度模子的根蒂根基物理测试。可以预期，集成各类份子、原子、光学以及超导平台的混淆架构将成为近期量子技能的中间主题。

论文链接：

[1] https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf4272

[2] https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf8999

报导链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl4179

https://phys.org/news/2023-12-physicists-entangle-individual-molecules-hastening.html