Fisikariek molekula indibidualak 'elkarlotzen' dituzte lehen aldiz

11/12/2023

Lehen aldiz, Princetongo Unibertsitateko fisikari talde batek molekula indibidualak batu ahal izan ditu modu kuantikoan mekanikoki "elkarri lotuta" dauden egoera berezietan.



Egoera arraro horietan, molekulek elkarren artean korrelazioan jarraitzen dute (eta aldi berean elkarreragin dezakete), baita distantziara badaude ere, edo unibertsoaren kontrako muturretan badaude ere.

"Hau aurrerapen handia da molekulen munduan, elkarlotura kuantikoaren funtsezko garrantziagatik", esan zuen ohar batean Lawrence Cheuk fisikako irakasle laguntzaile eta artikuluaren egile nagusiak.

"Baina aplikazio praktikoetarako ere aurrerapen handia da, elkarri lotutako molekulak etorkizuneko aplikazio askoren oinarrizko osagaiak izan daitezkeelako". Hauek, adibidez, konputagailu kuantikoak dituzte, zenbait problema ohiko ordenagailuak baino askoz azkarrago konpon ditzaketenak, baita portaera modelatzeko zaila duten material konplexuak modelatu ditzaketen simulatzaile kuantikoak eta kontraparte tradizionalak baino azkarrago neur ditzaketen sentsore kuantikoak ere.

"Zientzia kuantikoa egiteko motibazioetako bat da, mundu praktikoan, mekanika kuantikoaren legeak aprobetxatuz gero, arlo askotan askoz hobeto egin daitekeela", esan zuen Connor Holland fisikako graduondoko ikasleak eta lanaren egilekideak. Gailu kuantikoek klasikoak gainditzeko duten gaitasunari "abantaila kuantikoa" esaten zaio.

Eta abantaila kuantikoaren muinean gainjartze eta elkarlotze kuantikoaren printzipioak daude. Ordenagailu klasikoko bit batek 0 edo 1 balioa har dezakeen bitartean, bits kuantikoak, qubits izenekoak, aldi berean egon daitezke 0 eta 1eko gainjartze batean. Azken kontzeptua, elkarlotzea, mekanika kuantikoaren giltzarri garrantzitsu bat da, eta bi partikula elkarren artean lotura hori iraunarazteko moduan estrikatuki elkartzen direnean gertatzen da, baita partikula bat bestearengandik argi-urteetara dagoenean ere. Albert Einsteinek, hasiera batean baliozkotasuna zalantzan jarri zuenak, "urrutiko fantasma-ekintza" gisa deskribatu zuen fenomenoa da. Ordutik, fisikariek frogatu dute elkar lotzea, izatez, mundu fisikoaren deskribapen zehatza dela eta errealitatea egituratuta dagoela.

"Elkarketa kuantikoa funtsezko kontzeptua da", esan zuen Cheuk, "baina abantaila kuantikoak ematen duen osagai gakoa ere bada". Baina abantaila kuantiko bat garatzea eta elkarlotura kuantiko kontrolagarri bat lortzea erronka bat da oraindik, batez ere ingeniariek eta zientzialariek oraindik ez dutelako argi zein plataforma fisiko den onena qubitak sortzeko.

Azken hamarkadetan, teknologia desberdin asko aztertu dira (harrapatutako ioiak, fotoiak eta zirkuitu supereroaleak, batzuk bakarrik izendatzeagatik) ordenagailu eta gailu kuantikoetarako hautagai gisa. Sistema kuantikoa edo qubit plataforma optimoa aplikazio espezifikoaren mende egon liteke. Hala eta guztiz ere, esperimentu hau egin arte, molekulek erronka bota zioten denbora askoan elkarren arteko lotura kuantiko kontrolagarriari. Baina Cheuk eta lankideek modu bat aurkitu zuten, laborategiko manipulazio arduratsu baten bidez, molekula indibidualak kontrolatzeko eta elkarrekin lotutako egoera kuantiko horietara eramateko. Halaber, uste zuten molekulek badituztela zenbait abantaila (atomoen aldean, adibidez), bereziki egokiak egiten zituztenak informazio kuantikoaren prozesamenduan eta material konplexuen simulazio kuantikoan zenbait aplikazio egiteko.

Atomoen aldean, adibidez, molekulek askatasun kuantiko maila gehiago dute eta forma berriekin elkar eragin dezakete. "Horrek esan nahi du, termino praktikoetan, informazio kuantikoa biltzeko eta prozesatzeko modu berriak daudela", esan zuen Yukai Lu ingeniaritza elektriko eta informatikoko graduondoko ikasleak eta artikuluaren egilekideak.

"Adibidez, molekula bat hainbat modutan bibratu eta biratu daiteke. Orduan, modu horietako bi erabil ditzakezu qubit bat kodetzeko. Espezie molekularra polarra bada, bi molekulek elkar eragin dezakete espazioan bananduta daudenean ere ". Hala ere, molekulak oso zailak izan dira laborategian kontrolatzeko, konplexuak direlako. Erakargarri egiten dituzten askatasun-maila berberek zail egiten dute laborategi-inguruneak kontrolatzea edo inguratzea. Cheuk eta bere taldeak erronka horietako askori heldu zieten arretaz pentsatutako esperimentu baten bidez. Lehenik, polarra den eta laserrekin hoztu daitekeen espezie molekular bat aukeratu zuten.

Ondoren, molekulak laserrarekin hoztu zituzten tenperatura ultrahotzetan, non mekanika kuantikoak leku zentrala hartzen duen. Ondoren, banakako molekulak oso fokatuta zeuden laser izpien sistema konplexu batek hartu zituen, "pintza optikoak" deiturikoak. Pintzen posizioak diseinatzean, banakako molekula-multzo handiak sortu ahal izan zituzten, eta banaka jarri nahi zuten edozein konfigurazio dimentsiobakarretan.

Adibidez, molekulen bikote isolatuak eta akatsik gabeko molekula-kateak sortu zituzten. Ondoren, qubit bat kodetu zuten molekula birakari eta ez-birakari batean. Qubit molekular horrek koherentea izaten jarraitzen zuela frogatu ahal izan zuten; hau da, bere gainjartzea gogoratu zuen. Laburbilduz, ikertzaileek erakutsi zuten banakako molekula kontrolatuen bidez qubits koherenteak eta ondo kontrolatuak sortzeko gaitasuna



VER TODAS LAS NOTICIAS
linkedin facebook pinterest youtube rss twitter instagram facebook-blank rss-blank linkedin-blank pinterest youtube twitter instagram