Të mëdha dhe të vështira për t’u grindur, molekulat kanë kundërshtuar prej kohësh përpjekjet e fizikantëve për t’i joshur ata në një gjendje kuantike të kontrolluar ngatërresaku molekulat janë të lidhura ngushtë edhe në një distancë.
Tani, për herë të parë, dy ekipe të veçanta kanë arritur të ngatërrojnë çifte molekulash ultra të ftohta duke përdorur të njëjtën metodë: “kurthe piskatore” optike të sakta mikroskopike.
Ngatërrim kuantik është një fenomen i çuditshëm por themelor i sferës kuantike që fizikanët po përpiqen të përdorin për të krijuar të parën komerciale. kompjuterët kuantikë.
Të gjitha objektet – nga elektronet tek atomet tek molekulat e deri tek galaktikat e tëra – teorikisht mund të përshkruhen si një spektër mundësish përpara se të vëzhgohen. Është vetëm duke matur një pronë që rrota e fatit vendoset në një përshkrim të qartë.
Nëse dy objekte ngatërrohen, njohja e diçkaje për vetitë e një objekti – rrotullimi, pozicioni ose momenti i tij – vepron në çast si matje në anën tjetër, duke i ndalur plotësisht të dyja rrotat e tyre rrotulluese.
Deri më tani, studiuesit kanë arritur të ngatërrojnë jonet, fotonet, atomet dhe qarqet superpërçuese të bllokuara në eksperimentet laboratorike. Tre vjet më parë, për shembull, një ekip u ngatërrua triliona atome në gaz ‘të nxehtë dhe të çrregullt’. Impresionuese, por jo shumë praktike.
Fizikanët gjithashtu kanë ngatërruar një atom dhe një molekulë më parë dhe madje komplekset biologjike gjendet në qelizat bimore. Por kontrolli dhe manipulimi i çifteve të molekulave individuale – me saktësi të mjaftueshme për llogaritja kuantike qëllimet – ka qenë një detyrë më e vështirë.
Molekulat janë të vështira për t’u ftohur dhe ndërveprojnë lehtësisht me mjedisin e tyre, që do të thotë se ato bien lehtësisht nga gjendjet e brishta të ngatërruara kuantike (ajo që njihet si dekoherencë).
Një shembull i atyre ndërveprimeve janë ndërveprimet dipol-dipol: mënyra se si fundi pozitiv i një molekule polare mund të anohet drejt skajit negativ të një molekule tjetër.
Por të njëjtat veti gjithashtu i bëjnë molekulat kandidatë premtues për kubit në llogaritjen kuantike, sepse ato ofrojnë mundësi të reja për llogaritje.
“Gjendjet e tyre rrotulluese molekulare jetëgjatë formojnë kubit të fuqishëm ndërsa ndërveprimi dipolar me rreze të gjatë midis molekulave siguron ngatërresa kuantike” shpjegon Fizikani i Universitetit të Harvardit, Yicheng Bao dhe kolegët, në punimin e tyre.
Kubitët janë versioni kuantik i biteve kompjuterike klasike, të cilat mund të marrin një vlerë prej 0 ose 1. Kubitët, nga ana tjetër, mund të përfaqësojnë kombinime të shumta të mundshme nga 1 dhe 0 në të njëjtën kohë.
Duke ngatërruar kubitët, turbullira e tyre kuantike e kombinuar prej 1 dhe 0 mund të funksionojë si kalkulatorë të shpejtë në algoritme të projektuara posaçërisht.
Molekulat, duke qenë entitete më komplekse se atomet ose grimcat, kanë më shumë veti ose gjendje të qenësishme që mund të bashkohen për të bërë një kubit.
“Çfarë do të thotë kjo, në terma praktike, është se ka mënyra të reja të ruajtjes dhe përpunimit të informacionit kuantik.” thotë Yukai Lu, një student i diplomuar në inxhinieri elektrike dhe kompjuterike në Universitetin Princeton, i cili ishte bashkëautor i studimit të dytë.
“Për shembull, një molekulë mund të vibrojë dhe të rrotullohet në mënyra të shumta. Pra, ju mund të përdorni dy nga këto mënyra për të koduar një qubit. Nëse speciet molekulare janë polare, dy molekula mund të ndërveprojnë edhe kur ndahen në hapësirë.”
Të dy ekipet gjeneruan molekula ultra të ftohta monofluoride kalciumi (CaF) dhe më pas i bllokuan ato, një nga një, në piskatore optike.
Duke përdorur këto rreze të përqendruara fort të dritës lazer, molekulat u pozicionuan në çifte, aq afër sa një molekulë CaF mund të ndjente ndërveprimin dipolar elektrik me rreze të gjatë të partnerit të saj. Kjo bëri që çdo palë molekulash të lidhej në një gjendje kuantike të ngatërruar kur jo shumë kohë më parë ata kishin qenë të huaj.
Metoda, me manipulimin e saj të saktë të molekulave individuale, “hap rrugën për zhvillimin e platformave të reja të gjithanshme për teknologjitë kuantike”. shkruan Augusto Smerzi, një fizikant në Këshillin Kombëtar të Kërkimeve të Italisë, në një këndvështrim shoqërues.
Smerzi nuk është përfshirë në hulumtim, por e sheh potencialin e tij. Duke shfrytëzuar ndërveprimet e dipoleve të molekulave, ai thotë se sistemi një ditë mund të përdoret për të zhvilluar sensorë kuantikë super të ndjeshëm të aftë për të zbuluar fusha elektrike tepër të dobëta.
“Aplikimet shtrihen nga elektroencefalografia për të matur aktivitetin elektrik në tru deri tek monitorimi i ndryshimeve në fushat elektrike në koren e Tokës për parashikimet e tërmeteve,” ai spekulon.
