Ulthacold分子可以提供长寻求的“QUBit”材料

该真空室具有用于几个激光束的孔，用于将钠 - 钾分子冷却至几百纳莫克尔韦的温度，或者在绝对零的亿万度。这些分子可以用作新的QUB网，最终量子计算机的构建块。

使用仅仅两个原子制成的超级分子，来自麻省理工学院的研究人员展示了一种新的方法，从而产生了能够提供长寻求“QUBit”材料的长期配置。

研究人员对量子计算机的长期目标进行了重要一步，这在理论上应该能够比传统电脑更快的计算，对于某些类型的问题。新的工作表明，超替换分子的集合可以保留存放在其中的信息，比这些材料在这些材料中实现的研究人员长数百倍。

这些双原子分子由钠和钾制成，并冷却至高于绝对零（以数百纳壁素或NK测量）的程度仅为少数百万百万的温度。结果在本周的科学报告中描述，由Martin Zwierlein，Martin Zwierlein，Mit Mit Mitics和MIT研究实验室的主要调查员在MIT的电子学士学位; Jee Woo Park是一位前的MIT研究生;塞巴斯蒂安将是哥伦比亚麻省理工学院的前研究科学家，哥伦比亚大学的助理教授，以及其他两位在MIT-HARVARD ATOMS中的助理教授。

正在研究许多不同的方法，以产生Qubits的可能方法，是长大化但尚未实现的量子计算机的基本构建块。研究人员尝试使用超导材料，在离子阱中保持的离子，或缺磷中性原子，以及不同复杂性的分子。新方法使用仅由两个原子制成的非常简单的分子簇。

“分子比原子更多的”手柄“，”Zwierlein说，意味着更多的方式互相互动并与外部影响。“他们可以振动，他们可以旋转，实际上它们可以彼此强烈互动，原子难以做到。通常，原子必须彼此真正相遇，几乎在他们看到那里有另一个与之相互作用的原子，而分子可以看到相对长的范围。“为了使这些Qubits互相交谈并进行计算，使用分子比使用原子更好，”他说。

使用这种用于量子信息处理的两种原子分子“已经在前段时间建议了”公园“，”这项工作展示了实现这一新平台的第一个实验步骤，即量子信息可以存储在偶极分子中延长时间。“

“最令人惊叹的是[这些]分子是一种系统，可以允许使用相同的物理系统实现量子信息的存储和处理，”将说。“这实际上是一个非常罕见的特征，这在今天主要考虑的Qubit系统中不是典型的。”

在球队的初始原样实验室测试中，剩下几千个简单的分子在两个激光束的交叉点处被捕获并冷却到大约300纳莫尔维林的超级温度。“你在分子中的原子越难以冷却它们，”Zwierlein说，所以他们选择了这种简单的双原子结构。

分子具有三个关键特性：旋转，振动和两种磷酸原子的核的旋转方向。对于这些实验，研究人员在所有三种特征方面得到了完美控制的分子 - 即振动，旋转和核自旋对准的最低状态。

“我们已经能够长期捕获分子，并且还证明了它们可以携带量子信息并长时间保持它，”Zwierlein说。而且，他说，是“在希望建立一个量子计算机之前必须拥有的关键突破或里程碑之一，这是一个更复杂的努力。”

Zwierlein说，使用钠钾分子提供了许多优点。一方面，“分子是化学稳定的，因此如果这些分子中的一个符合另一个，他们不会分开。”

在量子计算的上下文中，“长时间”Zwierlein是指的是一秒钟 - 这是“实际上，这是比使用旋转编码Qubit的可比实验的千倍的千倍的千倍，他说。“没有额外的措施，那个实验给了一个毫秒，但这已经很棒了。”通过这种团队的方法，系统的固有稳定性意味着“您可以免费获得一秒钟。”

这表明，尽管仍有待证实，这种系统将能够在第二个相干关系中依次履行成千上万的量子计算，称为栅极。然后，最终结果可以通过显微镜光学地“读取”，揭示分子的最终状态。

“我们有强烈希望我们可以做一个所谓的门 - 这是其中两个贵族之间的操作，如添加，减法或那种等同物 - 在一毫秒的一小部分中，”Zwierlein说。“如果您查看比例，您可以在我们在样本中的一致性时执行10,000到100,000个门操作。已被称为量子计算机的要求之一，将栅极操作的栅极操作与相干时间的要求之一。“

“下一个伟大的目标是”谈论“到inpidual分子。然后我们真的很谈论量子信息，“将说。“如果我们可以捕获一个分子，我们可以抓住两个。然后我们可以考虑实现“量子门操作” - 一个基本的计算 - 在彼此相邻的两个分子QUBIT之间，“他说。

Zwierlein说，使用可能的数组可能是1,000个这样的分子，可以进行计算，使得没有现有计算机甚至可以开始检查可能性。虽然他强调这仍然是一个早期的一步，但这种计算机可能是十年或更长时间，原则上这样的设备可以迅速解决当前难以解决的问题，例如考虑非常大的数量 - 这是一种难度构成今天的基础的过程用于金融交易的加密系统。

Zwierlein说，除量子计算外，新系统还提供了一种开展精密测量和量子化学的新方法。

“这些结果是艺术的真正态度，”达勒姆大学的物理学教授Simon Cornish说，在U.K.，谁没有参与这项工作。他说，该研究结果“精美地揭示了利用超薄分子中利用核旋转状态的可能性，作为量子存储器和极性分子中探测偶极相互作用和超级碰撞的手段。”“我认为结果构成了超克分子领域的重大步骤，并将对探索量子科学，一致性，量子信息和量子仿真的相关方面的大型研究人员的大群兴趣。”

该团队还包括麻省理工学院研究生Zoe yan和Postdoc Huanqian Loh。该工作得到了国家科学基金会，美国航空公司科研办公室，美国陆军研究办公室和大卫和露狼帕克拉德基金会的支持。

出版物：Jee Woo Park，等，“Ultracold23NA40K分子的二级核自旋相干时间，2017年7月28日：卷。 357，第6349页，第372-375页; DOI：10.1126 / science.AAL5066.