in 2018, Kang-Kuen Ni en haar lab verdienden de cover van Wetenschap met een indrukwekkende prestatie:ze namen twee individuele atomen, een natrium en een cesium, en smeedde ze tot een enkel dipolair molecuul, natrium cesium.

Natrium en cesium negeren elkaar normaal gesproken in het wild; maar in de zorgvuldig gekalibreerde vacuümkamer van het Ni-lab, zij en haar team vingen elk atoom met lasers en dwongen ze vervolgens te reageren, een vermogen dat wetenschappers een nieuwe methode heeft gegeven om een ​​van de meest elementaire en alomtegenwoordige processen op aarde te bestuderen:de vorming van een chemische binding. Met de uitvinding van Ni, wetenschappers konden niet alleen meer ontdekken over onze chemische onderbouwing, ze zouden kunnen beginnen met het maken van op maat gemaakte moleculen voor nieuwe toepassingen, zoals qubits voor kwantumcomputers.

Maar er was één fout in hun oorspronkelijke natriumcesiummolecuul:"Dat molecuul ging snel verloren nadat het was gemaakt, " zei Ni, de Morris Kahn universitair hoofddocent scheikunde en chemische biologie en natuurkunde. Nutsvoorzieningen, in een nieuwe studie gepubliceerd in Natuurkunde beoordelingsbrieven , Ni en haar team rapporteren een nieuwe prestatie:ze gaven hun molecuul een verlengde levensduur van maximaal bijna drie en een halve seconde - een luxe van tijd in het kwantumrijk - door alle vrijheidsgraden (inclusief de beweging) van een individu te beheersen dipolaire molecuul voor de eerste keer. Tijdens die kostbare seconden, kunnen de onderzoekers de volledige kwantumcontrole behouden die nodig is voor stabiele qubits, de bouwstenen voor een breed scala aan spannende kwantumtoepassingen.

Volgens het blad, "Deze langlevende, volledig door de kwantumtoestand gecontroleerde individuele dipolaire moleculen vormen een belangrijke bron voor op moleculen gebaseerde kwantumsimulatie en informatieverwerking. dergelijke moleculen zouden de voortgang naar kwantumsimulatie van nieuwe fasen van materie kunnen versnellen (sneller dan welke bekende computer dan ook), high-fidelity quantum informatieverwerking, precisie metingen, en fundamenteel onderzoek op het gebied van koude chemie (een van Ni's specialiteiten).

En, door gehoorzame moleculen te vormen in hun kwantumgrondtoestanden (in feite hun eenvoudigste, meest buigzame vorm), de onderzoekers creëerden betrouwbaardere qubits met elektrische handvatten, die, als de magnetische handvatten van een magneet, onderzoekers in staat stellen op nieuwe manieren met hen om te gaan (bijvoorbeeld met microgolven en elektrische velden).

Volgende, het team werkt aan het opschalen van hun proces:ze zijn van plan om niet slechts één molecuul uit twee atomen te assembleren, maar grotere verzamelingen atomen te dwingen tot interactie en parallelle moleculen te vormen. Door dit te doen, ze kunnen ook verstrengelingsinteracties op lange afstand tussen moleculen beginnen uit te voeren, de basis voor informatieoverdracht in quantum computing.

"Met de toevoeging van microgolf- en elektrische veldbesturing, " zei Ni, "moleculaire qubits voor kwantumcomputertoepassingen en simulaties die ons begrip van kwantumfasen van materie vergroten, liggen binnen experimenteel bereik."