Учёные установили квантовый контроль над молекулой: точность 99,8%

Физики из Национального института стандартов и технологий США (NIST) добились почти предельного уровня управления отдельной молекулой: им удалось контролировать её квантовое состояние с точностью 99,8%. В эксперименте использовали ион молекулы гидрид-кальция (CaH), состоящий из одного атома кальция и одного атома водорода. Такой уровень контроля открывает дорогу к применению сложных молекул в квантовых технологиях, точной спектроскопии и фундаментальных тестах физики за пределами Стандартной модели.

Главная сложность работы с молекулами в том, что у них огромное число возможных состояний — за счёт вращения и вибраций. Чтобы «обуздать» эту сложность, учёные применили метод квантовой логической спектроскопии и ввели второго участника — ион кальция‑«помощник». Оба иона имеют одинаковый заряд и отталкиваются, как пружина, что связывает их движения. Лазерным охлаждением исследователи сначала «остановили» ион кальция; вместе с ним замедлилась и молекула CaH, получив возможность долго оставаться в одном квантовом состоянии.

В холодном режиме время сохранения заданного вращательного состояния увеличилось примерно в десять раз по сравнению с комнатной температурой — до 18 секунд. За этот промежуток учёные успевают провести тысячи измерений. Перевести молекулу между вращательными состояниями помогает лазер, но напрямую увидеть это нельзя. Поэтому следят за ионом‑помощником: когда молекула прыгает из одного квантового состояния в другое, ион кальция «отвечает» короткой вспышкой фотонов, видимой на камеру как яркая точка.

Повторяя такие циклы тысячи раз, команда NIST показала, что может манипулировать состоянием молекулы с успехом в 99,8% случаев. Авторы считают, что их метод откроет возможность использовать широкий класс молекул как компоненты квантовых вычислителей, сверхточных часов и инструментов для контроля химических реакций на уровне отдельных квантовых состояний, сообщает new-science.ru.

Читайте также:

• Чтобы не испортить праздник: как правильно встречать Новый год, если у вас гастрит
• Омар Хайям прямо ответил: почему каждый 2-й мужчина за 40 изменит своей женщине
• Как правильно расставить иконы в доме: совет священника для гармонии
• Готовлю каждый день: осетинский пирог на сковороде готов за 10 минут — вкуснейший завтрак для всей семьи
• Слишком тепло: неожиданная информация о погоде от Вильфанда