Moléculas Individuais Entrelaçadas: Salto Quântico

Físicos de Princeton Alcançam Marca na Mecânica Quântica: Emaranhamento de Moléculas Individuais com Pinças Ópticas Inovadoras Impulsiona Progresso em Computação, Simulação e Detecção Quânticas.

Pela Primeira Vez: Físicos de Princeton Conectam Moléculas Individualmente em Estados Quânticos Emaranhados, Possibilitando Interconexão Quântica à Intervalo, Desafiando a Lógica Convencional da Física.

Moléculas Emaranhadas: Um Passo à Frente em Direção a Aplicações Práticas

Nascente representa um progresso significativo no reino das moléculas devido à influência fundamental do emaranhamento quântico”, afirmou Lawrence Cheuk, professor assistente de física na Universidade de Princeton e responsável principal do estudo.

“Aliás, é um passo adiante para aplicações práticas, pois moléculas emaranhadas têm o potencial de se tornarem os blocos fundamentais para diversas aplicações futuras.”

Estas aplicações incluem, por exemplo, computadores quânticos capazes de resolver problemas específicos de forma muito mais eficiente do que os computadores convencionais, simuladores quânticos capazes de modelar materiais complexos com comportamentos difíceis de simular, e sensores quânticos que podem realizar medições mais rápidas do que seus equivalentes tradicionais.

“A motivação para explorar a ciência quântica reside na capacidade de aproveitar as leis da mecânica quântica para alcançar melhorias significativas em várias áreas práticas”, destacou Connor Holland, estudante de pós-graduação no departamento de física e coautor do estudo.

A capacidade dos dispositivos quânticos em superar seus equivalentes clássicos é conhecida porquê “vantagem quântica”.

No cerne dessa vantagem estão os princípios da superposição e do emaranhamento quântico.

Enquanto um bit em um computador clássico pode assumir os valores 0 ou 1, os bits quânticos, chamados qubits, podem subsistir simultaneamente em uma superposição de 0 e 1.

O concepção de emaranhamento, fundamental na mecânica quântica, ocorre quando duas partículas se tornam interligadas de tal forma que essa relação persiste, mesmo que estejam separadas por distâncias astronômicas.

Esse fenômeno, inicialmente questionado por Albert Einstein, que o descreveu porquê uma “ação assustadora à intervalo”, foi subsequentemente comprovado pelos físicos porquê uma descrição precisa do mundo físico e da estrutura da verdade.

Desafios Superados e Progressos Alcançados no Fascinante Mundo do Emaranhamento Quântico

“O entrelaçamento quântico é um concepção fundamental”, afirmou Cheuk, “mas é também o substância chave que confere a vantagem quântica”.

No entanto, edificar vantagens quânticas e atingir um emaranhamento quântico controlável permanece um repto, pois engenheiros e cientistas ainda não têm certeza sobre qual plataforma física é a mais adequada para a geração de qubits.

Ao longo das últimas décadas, diversas tecnologias, porquê íons aprisionados, fótons e circuitos supercondutores, entre outras, foram exploradas porquê candidatas para computadores e dispositivos quânticos.

A escolha da plataforma quântica ideal ou do qubit pode depender da emprego específica.

Até esta experiência, as moléculas representavam um repto persistente para o emaranhamento quântico controlável.

Todavia, Cheuk e seus colegas desenvolveram, por meio de uma manipulação cuidadosa em laboratório, a capacidade de controlar moléculas individuais e induzi-las a entrar nesses estados quânticos interconectados.

Aliás, acreditavam que as moléculas possuíam vantagens particulares em verificação com átomos, tornando-as mormente adequadas para certas aplicações no processamento de informações quânticas e na simulação quântica de materiais complexos.

Em verificação com os átomos, as moléculas têm mais graus quânticos de liberdade e podem interagir de maneiras inovadoras.

Em termos práticos, isso significa que existem novas formas de armazenar e processar informações quânticas”, explicou Yukai Lu, estudante de pós-graduação em engenharia elétrica e de computação.

Por exemplo, uma molécula pode vibrar e remoinhar em vários modos.

Portanto, é verosímil utilizar dois desses modos para codificar um qubit.

Se a espécie molecular for polar, duas moléculas podem interagir mesmo quando separadas espacialmente.

No entanto, as moléculas se revelaram notoriamente difíceis de controlar em laboratório devido à sua dificuldade.

Os próprios graus de liberdade que as tornam atraentes também as tornam desafiadoras de controlar ou confinar em ambientes laboratoriais.

Abordagens Experimentais Inovadoras e Vislumbres do Porvir

Cheuk e sua equipe enfrentaram diversos desafios por meio de um experimento meticulosamente planejado.

Inicialmente, escolheram uma espécie molecular polar que poderia ser resfriada usando lasers.

Posteriormente, resfriaram as moléculas a temperaturas ultrafrias, onde os princípios da mecânica quântica se tornam proeminentes.

Utilizando um sistema multíplice de feixes de laser precisamente direcionados, conhecidos porquê “pinças ópticas”, capturaram moléculas individuais.

Ao projetar as posições dessas pinças, conseguiram produzir conjuntos extensos de moléculas únicas, posicionando-as individualmente em configurações unidimensionais desejadas.

Isso inclui a geração de pares isolados de moléculas e cadeias de moléculas sem defeitos.

Em seguida, codificaram um qubit usando o estado rotativo e não rotativo da molécula.

Demonstraram que esse qubit molecular permaneceu congruente, ou seja, preservou sua superposição.

Em resumo, os pesquisadores evidenciaram a habilidade de gerar qubits controlados e coerentes a partir de moléculas manipuladas individualmente.

Para emaranhar as moléculas, provocaram interações entre elas.

Por meio de uma sequência de pulsos de micro-ondas, possibilitaram que moléculas individuais interagissem de maneira congruente.

Ao permitir que essa interação ocorresse por um período específico, implementaram uma porta de dois qubits que emaranhava duas moléculas.

Isso é significativo, pois essa porta emaranhada de dois qubits serve como alicerce tanto para a computação quântica do dedo universal quanto para a simulação de materiais complexos.

O potencial desta pesquisa para explorar diversas áreas da ciência quântica é considerável, dadas as características inovadoras proporcionadas por essa novidade plataforma de matrizes de pinças moleculares.

Em pessoal, a equipe de Princeton está interessada em investigar a física de muitas moléculas em interação, podendo ser aplicada para simular sistemas quânticos de muitos corpos, nos quais podem surgir comportamentos emergentes fascinantes, porquê novas formas de magnetismo.

“O trabalho de moléculas na ciência quântica representa uma novidade fronteira, e nossa prova de emaranhamento sob demanda é um marco crucial para mostrar que as moléculas podem ser utilizadas porquê uma plataforma viável na pesquisa quântica”, afirmou Cheuk.

Em suma

A pesquisa liderada por Cheuk e sua equipe na Universidade de Princeton representa um progresso notável no campo da ciência quântica.

Ao superar desafios significativos, a equipe conseguiu produzir e controlar, de maneira inovadora, estados quânticos em moléculas individuais.

A escolha estratégica de moléculas polares, resfriadas a temperaturas ultrafrias por meio de lasers, seguida pela manipulação precisa usando pinças ópticas, demonstrou a capacidade de posicionar e controlar moléculas em configurações desejadas.

A codificação de qubits em moléculas individuais, seguida pela realização bem-sucedida de emaranhamento quântico por meio de interações coerentes, destaca não exclusivamente a viabilidade, mas também o potencial prático dessas moléculas porquê blocos de construção para tecnologias quânticas avançadas.

A congruência mantida do qubit molecular abre portas para aplicações práticas, porquê computação quântica mais eficiente e simulação de materiais complexos.

A plataforma inovadora de matrizes de pinças moleculares abre novas perspectivas para a pesquisa em ciência quântica, mormente no estudo de sistemas quânticos de muitos corpos e comportamentos emergentes.

Nascente trabalho não exclusivamente contribui para o entendimento fundamental da mecânica quântica, mas também lança as bases para aplicações práticas que podem revolucionar campos porquê computação, simulação e detecção quânticas.

Em última estudo, a capacidade de Cheuk e sua equipe de realizar emaranhamento quântico sob demanda em moléculas representa um marco significativo, impulsionando a fronteira da pesquisa quântica e abrindo novos caminhos para a emprego prática das propriedades fundamentais da mecânica quântica.

Nascente progresso não exclusivamente enriquece nosso entendimento do mundo quântico, mas também aponta para um horizonte promissor em termos de tecnologias quânticas disruptivas.