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| Configuración láser para enfriar, controlar y entrelazar moléculas individuales. Fotografía: Richard Soden, Departamento de Física, Universidad de Princeton. |
En un logro significativo, un grupo de físicos de Princeton ha conseguido enlazar moléculas individuales, creando estados " entrelazados" desde el punto de vista de la mecánica cuántica. En estos peculiares estados, las moléculas permanecen correlacionadas y pueden interactuar simultáneamente, manteniendo su conexión aunque estén separadas por kilómetros o en extremos opuestos del universo.
Lawrence Cheuk, profesor adjunto de Física en la Universidad de Princeton, declaró: "Esto es un gran avance en el mundo de las moléculas por la importancia fundamental del entrelazamiento cuántico. Pero también es un avance para las aplicaciones prácticas porque las moléculas entrelazadas pueden ser los bloques de construcción de muchas aplicaciones futuras."
Connor Holland, estudiante de posgrado del departamento de Física y coautor del trabajo, afirmó: "Una de las motivaciones para hacer ciencia cuántica es que, en el mundo práctico, resulta que si se aprovechan las leyes de la mecánica cuántica, se pueden hacer cosas mucho mejores en muchas áreas."
Las moléculas habían desafiado durante mucho tiempo el entrelazamiento cuántico controlable. Mediante una cuidadosa manipulación en el laboratorio, los científicos encontraron la forma de controlar moléculas individuales y llevarlas a estos estados cuánticos entrelazados.
Los científicos creían que las moléculas, a diferencia de los átomos, ofrecían ventajas específicas que las hacían idóneas para determinadas aplicaciones en el procesamiento cuántico de la información y la simulación cuántica de materiales complejos. En comparación con los átomos, las moléculas poseen más grados de libertad cuántica y pueden interactuar de formas novedosas, lo que las hace ventajosas para aplicaciones cuánticas específicas.
Yukai Lu, estudiante de postgrado en ingeniería eléctrica e informática y coautor del artículo, declaró: "Lo que esto significa, en términos prácticos, es que hay nuevas formas de almacenar y procesar información cuántica. Por ejemplo, una molécula puede vibrar y rotar en múltiples modos. Así, se pueden utilizar dos de estos modos para codificar un qubit. Si la especie molecular es polar, dos moléculas pueden interactuar aunque estén separadas espacialmente".
A pesar de sus ventajas potenciales, las moléculas han sido difíciles de controlar en el laboratorio debido a su complejidad. Las mismas características que las hacen atractivas también dificultan su acorralamiento o manipulación en entornos controlados. Para superar estos retos, los científicos llevaron a cabo un experimento meticulosamente diseñado utilizando una plataforma experimental avanzada llamada "matriz de pinzas". Este sistema consistía en recoger moléculas individuales mediante una compleja disposición de haces láser estrechamente enfocados, a menudo llamados "pinzas ópticas".
Cheuk afirmó: "El uso de moléculas para la ciencia cuántica es una nueva frontera, y nuestra demostración del entrelazamiento a la carta es un paso clave para demostrar que las moléculas pueden utilizarse como plataforma viable para la ciencia cuántica."
"El hecho de que obtuvieran los mismos resultados verifica la fiabilidad de los nuestros. También demuestran que los conjuntos de pinzas moleculares se están convirtiendo en una nueva y apasionante plataforma para la ciencia cuántica."
Fuentes, créditos y referencias:
Connor M. Holland et al, On-demand entanglement of molecules in a reconfigurable optical tweezer array, Science (2023). DOI: 10.1126/science.adf4272. www.science.org/doi/10.1126/science.adf4272Yicheng Bao et al, Dipolar spin-exchange and entanglement between molecules in an optical tweezer array, Science (2023). DOI: 10.1126/science.adf8999. www.science.org/doi/10.1126/science.adf8999
Augusto Smerzi et al, Entanglement with tweezed molecules, Science (2023). DOI: 10.1126/science.adl4179. www.science.org/doi/10.1126/science.adl4179