巨大的第一：物理学家以惊人的精度“纠缠”单个分子

分子体积庞大且难以缠斗，长期以来一直无视物理学家试图引诱它们进入受控量子状态的尝试纠缠，因此即使在远处，分子也紧密相连。

现在，两个独立的团队首次使用相同的方法成功地纠缠了成对的超冷分子：微观精确的光学“镊子陷阱”。

量子纠缠是量子领域的一个奇怪但基本的现象，物理学家正试图利用它来创造第一个商业量子计算机.

从理论上讲，所有物体——从电子到原子，从分子到整个星系——在被观测到之前，都可以被描述为一种可能性的光谱。只有通过测量属性，机会之轮才能确定一个清晰的描述。

如果两个物体纠缠在一起，了解一个物体的属性——它的自旋、位置或动量——会立即作为对另一个物体的测量，使它们两个旋转的可能性完全停止。

到目前为止，研究人员已经设法在实验室实验中纠缠被俘的离子、光子、原子和超导电路。例如，三年前，一个团队纠缠不清数万亿个原子在“又热又乱”的气体中。令人印象深刻，但不是很实用。

物理学家也纠缠不清原子和分子之前，甚至生物复合物存在于植物细胞中。但是控制和操纵成对的单个分子 - 具有足够的精度量子计算目的 – 这是一项更艰巨的任务。

分子很难冷却，并且很容易与周围环境相互作用，这意味着它们很容易脱离脆弱的量子纠缠态（所谓的退相干).

这些交互的一个例子是偶极-偶极相互作用：极性分子的正端可以被拉向另一个分子的负端的方式。

但这些相同的特性也使分子成为量子计算中量子比特的有希望的候选者，因为它们为计算提供了新的可能性。

“它们的长寿命分子旋转态形成强大的量子比特，而分子之间的长程偶极相互作用提供了量子纠缠,"解释哈佛大学物理学家Yicheng Bao及其同事在他们的论文中。

量子比特是经典计算比特的量子版本，可以假定值为 0 或 1。另一方面，量子比特可以表示多种可能的组合同时为 1 和 0。

通过纠缠量子比特，它们组合的 1 和 0 量子模糊可以在专门设计的算法中作为快速计算器运行。

分子是比原子或粒子更复杂的实体，具有更多的固有属性或状态，可以被诱导耦合在一起以形成量子比特。

“实际上，这意味着有存储和处理量子信息的新方法。说普林斯顿大学电气与计算机工程研究生Yukai Lu是第二项研究的合著者。

“例如，一个分子可以在多种模式下振动和旋转。因此，您可以使用其中两种模式对量子比特进行编码。如果分子种类是极性的，那么即使在空间上分开时，两个分子也可以相互作用。

两个团队都产生了超冷的一氟化钙（CaF）分子，然后将它们一个接一个地捕获在光镊中。

利用这些紧密聚焦的激光束，分子成对放置，足够接近，以至于一个CaF分子可以感知其伴侣的远距离电偶极相互作用。这导致每对分子都以纠缠的量子态连接起来，而不久前它们还是陌生人。

该方法通过对单个分子的精确操纵，“为开发新的多功能量子技术平台铺平了道路”。写意大利国家研究委员会（National Research Council of Italy）的物理学家奥古斯托·斯梅尔齐（Augusto Smerzi）在随行的视角中说。

Smerzi没有参与这项研究，但看到了它的潜力。他说，通过利用分子的偶极相互作用，该系统有朝一日可能被用于开发能够检测超弱电场的超灵敏量子传感器。

“应用范围从脑电图测量大脑中的电活动到监测地壳中电场的变化以进行地震预测，”他说推测.

这两项研究已发表在科学,这里和这里.

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