新成就可能导致更多高效的量子计算

通过单一钠和单铯原子之间的受控反应在光学镊子中生产单个分子。在玻璃电池真空装置内,悬浮激光冷却的钠原子云,允许显微镜观察从旁边捕获的缺乏原子的荧光。

在规模方面,它可能是哈佛大学的最小科学突破。

哈佛助理化学和化学生物学教授Kang-Kuen Ni和同事们将两个原子合并为研究人员称之为偶极分子。这项工作是在科学中发表的新文件中描述的。

研究人员表示,由于偶极分子构成新型量子位,这可能导致更有效的Qubit Qubit,这是对量子计算的未来的最佳许可。

“量子信息处理的方向是我们兴奋的一件事,”Ni说。“我们需要在我们日常生活中进行所有不同应用的分子。然而,分子空间如此庞大,我们不能用目前的计算机充分探索它。如果我们有量子计算机可能会解决复杂问题并有效地探索分子空间,则影响将大。“

虽然开发这些分子 - 以及可以利用它们的计算机 - 将需要更多的研究,目前的调查结果表明了先前未实现的精确工作水平。

当它们结合在一起以产生化学反应时,原子成为分子;分子最终是化学和生命本身的构建块。过去的实验室通过组合原子簇来产生分子,然后在平均值方面测量反应。目标是获得对分子互动的额外见解,并能够实现反应化学和设计新量子材料的控制。

然而,由NI领导的团队开始只有两个原子,一个钠和一个铯,它被冷却至极低的温度,其中新的量子阶段之外的气体,液体和固体将出现。研究人员然后使用激光捕获原子,并将它们合并在光学偶极陷阱中。虽然两个原子处于“激发状态” - 即通过激光电荷的电荷 - 可以发生以产生分子的反应。

“对于每种反应是真的,”Ni表示,“原子和分子在微观水平上均匀组合。我们所做的不同之处在于创造更多的控制。我们使用光学镊子抓住两种不同的汗湿原子,并闪耀激光脉冲以绑定它们。整个过程正在发生超高真空,气密非常低。“

虽然短暂,反应证明,可以通过使用激光刺激而不是额外的原子作为催化剂来形成分子。

NI表示,进一步的步骤将是将原子组合在“地”或不电激发,状态,以产生更长寿命的分子反应。她补充说,希望如果可以在实验室中创建一个偶极分子,也可以更大,更复杂。

“我认为很多科学家们都会追随,现在我们已经表明了可能的事情,”Ni说。“这项研究激励了一些不同的东西。一般来说,我们对一个基本的研究感兴趣,看看物理相互作用和化学反应如何有助于使现象复杂。我们希望占据最简单的案例,是量子力学的规律,这是自然的基础法则。我们的量子件将建立更复杂的东西;这是初步的动机。当然,这项工作尚未完成,但这是一个突破一步。“

该研究得到了阿诺德和MABEL BECKMAN基金会,AFOSR年轻调查员计划,国家科学基金会和阿尔弗雷德P. Sloan基金会的资金。

出版物:L. R. Liu,等,“从两个原子的水库建立一个分子,”Science,2018年4月12日:eaar7797; DOI:10.1126 / science.aar7797.

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