Исследователи из Гарвардского университета достигли большого прогресса в области квантовых вычислений, впервые успешно использовав молекулы для выполнения квантовых операций. Несмотря на потенциал молекул в ускорении экспериментальных технологий, их сложная структура ранее считалась слишком непредсказуемой для управления.

Команда учёных достигла успеха, используя сверххолодные полярные молекулы в качестве кубитов – фундаментальных единиц информации в квантовых вычислениях. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature, открывают новые возможности для использования сложности молекулярных структур в будущих приложениях.

«Мы пытались достичь этого 20 лет», – отметила старший соавтор исследования Кан-Куэн Ни, профессор химии и физики имени Теодора Уильяма Ричардса.

Исследователи начали с захвата молекул натрия-цезия (NaCs) с помощью оптических пинцетов в стабильной и сверххолодной среде. Электрические диполь-дипольные взаимодействия между молекулами были использованы для выполнения квантовой операции. Тщательно контролируя вращение молекул относительно друг друга, команда смогла создать запутанное состояние, известное как двухкубитное состояние Белла, с точностью 94%.

«Наша работа знаменует собой важную веху в технологии захвата молекул и является последним необходимым строительным блоком для создания молекулярного квантового компьютера», – заявила соавтор Энни Парк.

Учёные с 1990-х годов пытались использовать молекулярные системы для квантовых вычислений. Ранние эксперименты показывали обнадёживающие результаты, но молекулы оказались нестабильными из-за их непредсказуемых движений. Решением стало помещение молекул в сверххолодную среду, где можно контролировать их сложные внутренние структуры.