Лазерное охлаждение молекул – еще один шаг к квантовому компьютеру

Команде физиков из Йельского университета впервые удалось с помощью лазера охладить молекулу, сделав тем самым существенный шаг в использовании молекул в качестве информационных битов в будущих квантовых вычислениях.

Сегодня ученые в качестве кубитов используют либо индивидуальные атомы, либо «искусственные», так называемые квантовые точки. Но индивидуальные атомы не взаимодействуют друг с другом достаточно сильно, как это требуется для кубитов. С другой стороны, искусственные атомы, которые по сути ближе к схемам, сделанным из миллиардов атомов, но ведущим себя подобно одному атому, достаточно сильно взаимодействуют друг с другом. Однако будучи слишком большими, «шумят» из-за воздействия внешней среды. В этой ситуации молекулы являются необходимой золотой серединой.

Для того чтобы использовать молекулы в качестве кубитов, физики должны быть способны управлять и манипулировать ими, что является крайне сложной задачей, поскольку молекулы, как правило, нельзя захватить и перемещать, не возбудив их. Вдобавок, даже при комнатной температуре молекулы имеют большую кинетическую энергию, что приводит к их движению, вращению и колебаниям.

Чтобы преодолеть эту проблему, команда из Йельского университета использовала лазер для охлаждения молекул. Хотя лазеры использовались ранее для охлаждения индивидуальных атомов, такая возможность для молекул была продемонстрирована впервые.

В своем эксперименте физики использовали молекулу монофторида стронция. Помимо квантовых вычислений, лазерное охлаждение молекул имеет потенциальные приложения в химии, где при таких низких температурах могут происходить ненаблюдаемые еще реакции, вызванные квантовым туннельным эффектом. Физики также надеются использовать лазерное охлаждение для изучения элементарных частиц, где точные измерения молекулярной структуры могут дать ключи к обнаружению экзотических и еще не открытых частиц.

«Лазерное охлаждение атомов привело к настоящей научной революции. Оно сегодня используется как в области фундаментальных наук, например для получения конденсата Бозе-Эйнштейна, так и в устройствах обычного мира, таких как атомные часы и навигационные приборы, - говорит руководитель разработки Дэвид ДеМиль (David DeMille). – Расширение этой техники на молекулы обещает открыть новые захватывающие области науки и технологических приложений».