Denna utveckling markerar ett betydande steg inom kvantdatorer, där molekyler, med sina komplexa strukturer, nu är genomförbara att använda som qubitar, de grundläggande enheterna för kvantinformation. Tidigare föredrogs enklare partiklar som joner och atomer på grund av den uppfattade instabiliteten hos molekyler.
Genombrottsdetaljer
Teamet använde optiska pincetter i en ultrakall miljö för att fånga molekylerna, vilket möjliggjorde användningen av en iSWAP-grind för kvantoperationer. Denna grind är avgörande för att skapa sammanflätning, vilket ökar potentialen för snabbare och kraftfullare kvantdatorer.
Implikationer
Denna prestation ses som en kritisk pusselbit för att bygga molekylära kvantdatorer, vilket öppnar nya forskningsvägar och potentiella innovationer inom olika sektorer.
Detaljerad rapport om fångst av molekyler för kvantoperationer
Det senaste genombrottet av forskare vid Harvard University gällande fångst av molekyler för att utföra kvantoperationer representerar ett avgörande framsteg inom kvantdatorer, rapporterat i början av 2025. Denna utveckling, som presenterades i en artikel publicerad i Nature och täcktes av flera nyhetskällor, föreslår en ny era för att utnyttja molekylär komplexitet inom kvantteknologi. Nedan utforskar vi detaljerna, den historiska kontexten och de potentiella effekterna, för att säkerställa en omfattande förståelse för både tekniska och allmänna publikgrupper.
Genombrottet: Ett första steg inom molekylär kvantdatorutveckling
I januari 2025 uppnådde ett team lett av professor Kang-Kuen Ni från Harvard University det som beskrivs som den första framgångsrika fångsten av molekyler för att utföra kvantoperationer, en milstolpe rapporterad i Harvard Gazette och Interesting Engineering. Forskningen, som publicerades i Nature i november 2024 under titeln ”Entanglement and iSWAP Gate Between Molecular Qubits” (Nature-artikel), använde natrium-cesium (NaCs)-molekyler, kylda till ultralåga temperaturer och fångade med hjälp av optiska pincetter. Denna metod möjliggjorde skapandet av ett två-qubits Bell-tillstånd med en fidelitet på 94 %, vilket demonstrerar möjligheten att använda molekyler som qubitar i kvantdatorsystem.
Processen innebar implementering av en iSWAP-grind, en kvantgrind som byter tillstånd mellan två qubitar och applicerar en fasförskjutning, vilket är avgörande för att skapa sammanflätning. Detta är betydelsefullt eftersom sammanflätning är en hörnsten inom kvantdatorer och möjliggör operationer som kan exponentiellt öka beräkningshastigheten jämfört med klassiska system. Medförfattaren Annie Park noterade i Interesting Engineering att detta arbete ”markerar en milstolpe inom teknologi för fångade molekyler och är den sista byggstenen som behövs för att bygga en molekylär kvantdator,” vilket lyfter fram dess potential som ett grundläggande steg.
Historisk kontext och utmaningar
Historiskt sett har molekyler förbises för kvantdatorer på grund av deras invecklade interna strukturer, som uppfattades som för känsliga och oförutsägbara för pålitlig manipulation. Som noteras i Cosmos Magazine, fokuserade forskare på enklare partiklar som joner och atomer, som var lättare att kontrollera. Harvard-teamets framgång, efter 20 års ansträngningar inom området enligt Ni i Lifeboat Blog, adresserar dessa utmaningar genom att demonstrera att molekyler kan stabiliseras och kontrolleras i en ultrakall miljö, vilket öppnar nya forskningsmöjligheter.
Metodologi och tekniska detaljer
Fångsten uppnåddes med hjälp av optiska pincetter, högfokuserade laserstrålar som manipulerar små objekt, i en miljö kyld nära absolut noll. Denna uppsättning minimerade molekylär rörelse och möjliggjorde exakt kontroll över kvanttillstånd. iSWAP-grinden, som beskrivs i Nature-artikeln, möjliggjorde tillståndsbyte och fasförskjutningar, vilket skapade sammanflätning mellan två molekyler på ett avstånd av 1,9 μm under 664 μs, enligt abstraktet tillgängligt på ResearchGate. Den höga fideliteten på 94 % indikerar robust prestanda, med förluster främst på grund av läckage till oavsiktliga tillstånd, enligt arXiv-preprinten (arXiv).
Denna tabell, hämtad från Interesting Engineering, sammanfattar viktiga aspekter och ger en strukturerad översikt för läsarna.
Implikationer och framtidsutsikter
Implikationerna av detta genombrott är omfattande och kan potentiellt revolutionera kvantdatorer genom att utnyttja molekylers rika interna strukturer. Som noteras i Knowridge, kan detta leda till framsteg inom medicin, vetenskap och finans, genom att kvantdatorer kan lösa komplexa problem exponentiellt snabbare än klassiska datorer. Ni:s kommentar i Cosmos Magazine om ”stort utrymme för innovationer och nya idéer” tyder på en spännande framtid, där molekylära plattformar kan låsa upp nya beräkningsmöjligheter.
Samarbetet med institutioner som University of Colorado’s Center for Theory of Quantum Matter, som nämnts i Interesting Engineering, understryker det tvärvetenskapliga arbetets natur och involverar forskare som Lewis R.B. Picard och Samuel Gebretsadkan, vilket stärker projektets trovärdighet och omfattning.
Slutsats
Detta genombrott av Harvard-forskare, rapporterat i början av 2025, bekräftar potentialen för molekylära qubitar inom kvantdatorer, genom att adressera långvariga utmaningar och öppna nya forskningsvägar. Den detaljerade metodologin, den höga fideliteten och de potentiella effekterna belyser dess betydelse, och pågående utvecklingar förväntas forma framtiden för kvantteknologi.
Nyckelreferenser
- Harvard Scientists Trap Molecules to Perform Quantum Operations
- Scientists Achieve Quantum Operations Using Trapped Molecules for First Time
- Entanglement and iSWAP Gate Between Molecular Qubits
- Are Trapped Molecules the Next Big Thing in Quantum Computing
- Scientists Succeed in Trapping Molecules to Perform Quantum Operations for the First Time
- Scientists Trap Molecules for the First Time to Perform Quantum Computing Operations
- Sub-millisecond Entanglement and iSWAP Gate between Molecular Qubits
- Entanglement and iSWAP gate between molecular qubits
