Команда NIST сообщила о рекордном достижении в квантовом контроле: они научились надёжно управлять отдельной молекулой с точностью порядка 99,8%. Объектом эксперимента стал ион гидрид‑кальция, простая двухатомная молекула, но с типично «молекулярной» сложностью — множеством вращательных и вибрационных уровней. Чтобы справиться с этим, физики применили подход квантовой логической спектроскопии, в котором состояние сложной частицы считывается через «помощника» — управляемый атомный ион кальция.
Поскольку оба иона заряжены, они образуют связанную систему: любое изменение движения молекулы отражается на движении иона‑помощника. Сначала исследователи с помощью лазерного охлаждения «заморозили» ион кальция, тем самым охладив и молекулу. В холодном состоянии ей гораздо сложнее «перескакивать» между квантовыми уровнями, и одно конкретное вращательное состояние удаётся удерживать до 18 секунд — гигантский срок по меркам квантовой динамики.
Далее на молекулу направляют лазер, который переводит её из одного вращательного состояния в другое. Непосредственно увидеть этот переход нельзя, зато его «чувствует» ион‑помощник: при изменении состояния молекулы он начинает испускать крошечные вспышки света. На камере это выглядит как появление и исчезновение яркой точки — визуальный индикатор квантовых скачков молекулы.
Проверяя состояние системы многократно, учёные показали: в 998 случаях из 1000 им удаётся подготовить и считать нужное квантовое состояние корректно. Такой уровень надёжности уже сопоставим с требованиями к реальным квантовым технологиям. Авторы отмечают, что тот же подход можно адаптировать к другим молекулам — для построения молекулярных кубитов, сверхточной спектроскопии и изучения тонких эффектов, которые могут указать на физику за пределами Стандартной модели или позволить управлять ходом химических реакций «по квантовому сценарию», сообщает new-science.ru.
Читайте также: