“魔法波长光镊”实现分子长时量子纠缠

“魔法波长光镊”实现分子长时量子纠缠

引用

科学网

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https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2025/1/537558.shtm

英国杜伦大学研究人员首次利用精确控制的光学陷阱，即“魔法波长光镊”，创造了一个高度稳定的环境，成功实现了分子间的长时间量子纠缠，为研究量子计算、传感和基础物理学开辟了新途径。这一突破是量子科学领域一系列进展中的最新成果，标志着在利用分子开发复杂量子技术方面的重大进步。

量子纠缠是一种量子力学基本现象，其中两个粒子相互关联，一个粒子的状态会直接影响另一个粒子的状态，无论它们之间的距离有多远。这一现象是量子计算和其他先进量子技术的核心。科学家此前已在原子层面实现了纠缠，但在更复杂的分子层面实现纠缠，则是一次重大进步。这是因为分子拥有更复杂的结构和特性，比如振动和旋转，这些特性在高级量子应用中具有潜在价值。

研究人员表示，这一成果凸显了人们对单个分子的卓越控制能力。量子纠缠非常脆弱，但他们能够利用极其微弱的相互作用，使两个分子纠缠在一起，并在接近一秒钟的时间内保持纠缠。

实验成功得益于创造一个稳定环境，该环境能在长时间内保持纠缠分子的相干性。通过使用“光镊”中特别调节的激光，研究人员能以前所未有的精度控制分子。

此次实现了极高的纠缠保真度，达到了92%以上水平，如果考虑到可纠正的错误，保真度甚至更高。分子纠缠的稳定性，对于需要长时间测量和存储量子信息的应用至关重要。

该研究展示了分子作为下一代量子技术构建单元的巨大潜力。能长时间保持的分子纠缠可用于构建量子计算机或精密量子传感器，帮助理解复杂材料的量子性质。此外，还可改善量子传感中的精密测量，模拟复杂量子材料，甚至带来新的量子计算形式。

此外，该结果还将推动“量子存储器”的开发，即能长时间存储量子信息的设备。这对于先进的量子网络极为关键。

量子纠缠示意图。图片来源：NASA官网