超冷分子保持量子计算的承诺
研究人员已经朝着量子计算机的长期追求迈出了重要的一步，在理论上，它应该能够比传统计算机更快地计算出某些问题。新的研究表明，超冷分子的集合可以保留存储在其中的信息，几百倍的研究人员曾经在这些材料取得了长。
这些双原子分子是由钠、钾和被冷却到温度只有几百万分之十绝对零度以上（百nanokelvins，测量或NK）。结果在本周的一份报告中描述了 ；科学，Martin Zwierlein，物理学的麻省理工学院教授和麻省理工学院电子研究实验室的首席研究员；智宇园，前麻省理工学院的研究生；Sebastian Will，前研究科学家在麻省理工学院，现在是哥伦比亚大学的助理教授，和其他两在哈佛，麻省理工学院为中心的超冷原子。SMT贴片加工
人们正在研究许多不同的方法来创造量子比特，这是长期理论化但尚未完全实现的量子计算机的基本组成部分。研究人员尝试使用超导材料，离子阱中的离子，或单个中性原子，以及不同复杂度的分子。新方法使用了由两个原子组成的非常简单的分子簇。
“分子有更多的“处理”比原子，”Zwierlein说，意味着更多的方式相互之间以及与外界的影响作用。它们可以振动，可以旋转，事实上它们可以很强地相互作用，哪些原子很难做。通常情况下，原子必须相互相遇，在它们看到另一个原子相互作用之前，彼此处于顶端，而分子可以在相对较长的范围内相互看到对方。他说：“为了使这些量子比特相互交谈并进行计算，使用分子比使用原子分子要好得多。”。
利用这种双原子分子的量子信息处理”提出了前一段时间，”Park说，“这项工作表明对这个新的平台上实现的第一个实验步骤，即量子信息可以存储在长时间的偶极分子。”
威尔说：“最令人惊奇的是，这些分子是一个系统，可以利用同样的物理系统实现量子信息的存储和处理。”。“这实际上是一个非常罕见的特性，它在目前主要考虑的量子比特系统中是不典型的。”
在小组的初步证据原则的实验室测试，几千的简单分子中含有气体微观粉扑，困在两光束的交叉口和冷却到约300 nanokelvins超冷温度。“你有更多的原子分子越难冷却它们，”Zwierlein说，所以他们选择了这简单的两个原子结构。 ；
分子有三个关键特性：旋转、振动和两个原子核的自旋方向。在这些实验中，研究人员根据所有三个特征，即分子的最低振动、旋转和核自旋排列，得到了完全控制的分子。
“我们已经能够捕获很长时间的分子，也证明他们可以携带量子信息并保持很长一段时间，”Zwierlein说。他说，这是“在建立量子计算机之前必须完成的关键突破或里程碑之一，这是一个复杂得多的努力。”
钠钾分子的使用提供了许多优点，Zwierlein说。一方面，“分子是化学稳定的，所以如果这些分子中的一个遇到另一个分子，它们不会分裂。”
在量子计算的背景下，“长时间”指的是一zwierlein二-这是“事实上的一千倍，比实验已经完成，“用旋转编码的量子比特的时间顺序，他说。“没有额外的措施，这个实验只给了一毫秒，但这已经很好了。”用这个团队的方法，系统的固有稳定性意味着“你得到一个完整的第二个自由。”
这表明，虽然仍有待证明，这样的系统将能够进行数千个量子计算，称为门，在第二个连贯性的顺序。最后的结果可以通过显微镜光学读取，揭示分子的最终状态。
“我们非常希望我们可以做一个所谓的门，两个量子比特之间的操作比如加法，减法，或者那种当量在一毫秒的一小部分，”Zwierlein说。“如果您查看这个比例，您可以希望在我们的示例中具有一致性时，执行10000到100000门操作。这被认为是量子计算机的要求之一，将这种门操作的比率与相干时间相比较。
下一个伟大的目标将是与单个分子对话。“那我们真的是在谈论量子信息，”威尔说。如果我们能捕获一个分子，我们可以捕获两个分子。然后我们可以考虑实现一个量子门操作——这是一个基本计算——在两个分子之间相互坐在一起，”他说。
使用大概1000这样的分子，一个阵列的Zwierlein说，将有可能进行的计算非常复杂，没有现有的计算机甚至可以开始检查的可能性。但他强调，这仍然是一个早期的步骤，这样的电脑可能是一个十年或更久，原则上这样的设备可以很快解决目前棘手的问题，如保理大量-过程的困难形成金融交易的当今最好的加密系统的基础。
除了量子计算，新系统还提供了一种新的方式进行精密测量和量子化学的潜力，Zwierlein说。
“这些结果是真正的艺术，”Simon Cornish说，一个在英国杜伦大学的物理学教授，他没有参与这项工作。结果“美丽揭示利用核自旋态超冷分子在量子信息处理中的应用潜力，如量子记忆和作为一种手段来探测偶极相互作用和超冷碰撞在极性分子，”他说。“我认为这个结果构成了超冷分子领域的重要一步，将广泛的兴趣的研究人员探索量子科学，连贯，相关方面的大型社区，量子信息和量子模拟。”
该小组还包括麻省理工学院的研究生和博士后Zoe Yan Huanqian Loh。这项工作是由美国国家科学基金会、美国空军科研办公室，美国陆军研究办公室，与戴维和露西帕卡德基金会。