使用創新光鑷技術，美國普林斯頓大學研究人員克服了先前分子量子糾纏挑戰，成功控制單一分子使它們進入糾纏，在量子力學方面取得重大進展，這項成就可能徹底改變量子運算，並為量子模擬、量子感測等應用開闢新可能性。
量子糾纏指粒子（或分子）共享單一物理狀態，具有「連接」效果，如果其中一個粒子發生什麼事，另一個粒子會立刻變化，理論上講 2 個糾纏粒子就算位於宇宙兩端，量子糾纏效應也能讓它們立即相互感應。
糾纏對許多先進量子應用至關重要，包括量子資訊處理、量子模擬器、量子增強感測器等，而分子作為多個原子組成的系統，比單原子多些優勢，比如分子能以更多方式排列，從而獲得更高「自由度」以新方式進行互動，等於能帶來儲存、處理量子資訊的新方法。
研究人員舉例，一個分子可透過多種模式振動、旋轉，因此能使用其中任 2 種模式編碼量子位元，如果分子是極性的，則 2 個分子即使分離也可以相互作用。
簡單說，分子因豐富內部結構、獨特屬性而在量子科學具相當前景，科學家也曾挑戰控制分子相互糾纏，但長期以來，科學界一直無法控制單分子進入量子糾纏態。
直到現在，普林斯頓大學團隊找到方法，首度成功控制單一分子讓它們進入互鎖的量子態。
▲ 用於冷卻、控制和糾纏單一分子的雷射裝置。（Source：普林斯頓大學）
為了使分子糾纏，必須讓它們相互作用，團隊以深思熟慮的實驗解決許多挑戰，首先選擇一種具極性又可用雷射冷卻的分子，將分子冷卻至量子力學開始運作的超冷溫度，以創新光鑷技術拾取單一分子，透過設計鑷子位置，研究人員能建立大量單分子陣列，並將它們單獨定位成任何一維構型。
接著研究人員將量子位元編碼為分子的非旋轉狀態和旋轉狀態（類似經典電腦位元的 0 和 1），展示單獨分子可良好控制並維持量子位元相干的能力。
再來，團隊使用一系列微波脈衝讓單分子在精確時間下持續相互作用、產生糾纏，確定建立貝爾態（最單純的一種量子糾纏態）分子對。
將分子用於量子科學是一個新領域，這項研究證明分子可應用於量子科學的關鍵一步。
新論文發表在《科學》（Science）期刊。
- Physicists ‘entangle’ individual molecules for the first time, bringing about a new platform for quantum science
- On-demand entanglement of molecules in a reconfigurable optical tweezer array
（首圖來源：pixabay）
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