บาคาร่า นักวิจัยกำลังผสมโมเลกุลที่เหมาะสำหรับใช้เป็นควอนตัมบิตหรือเซ็นเซอร์โดยเฉพาะควอนตัมบิตที่ทำจาก “โมเลกุลของนักออกแบบ” กำลังเป็นที่นิยม นักวิจัยกำลังสร้างระบบเคมีที่เหมาะกับงานควอนตัมต่างๆ ด้วยการปรับแต่งองค์ประกอบของโมเลกุลอย่างรอบคอบ
Danna Freedman นักเคมีจาก Northwestern University ในเมือง Evanston รัฐอิลลินอยส์ กล่าวว่า “ความสามารถในการควบคุมโมเลกุล … ทำให้พวกเขาเป็นเพียงระบบที่สวยงามและมหัศจรรย์ในการทำงานด้วย” “โมเลกุลนั้นดีที่สุด” Freedman อธิบายงานวิจัยของเธอเมื่อวันที่ 8 กุมภาพันธ์ในการประชุมประจำปีของ American Association for the Advancement of Science ซึ่งจัดขึ้นทางออนไลน์
ควอนตัมบิตหรือ qubits นั้นคล้ายคลึงกับบิตที่พบในคอมพิวเตอร์ทั่วไป
แต่แทนที่จะอยู่ในสถานะ 0 หรือ 1 เช่นเดียวกับบิตมาตรฐาน qubits สามารถมีค่าทั้งสองได้พร้อมกัน ทำให้การคำนวณประเภทใหม่เป็นไปไม่ได้สำหรับคอมพิวเตอร์ทั่วไป
นอกจากศักยภาพของพวกมันที่จะนำไปใช้ในคอมพิวเตอร์ควอนตัมแล้ว โมเลกุลยังสามารถทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์ควอนตัม ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่สามารถทำการตรวจวัดที่ละเอียดอ่อนอย่างยิ่งได้ เช่น การแยกแรงแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดจิ๋ว ( SN: 3/23/18 )
ใน qubits ของ Freedman และเพื่อนร่วมงาน โครเมียมไอออนตัวเดียว ซึ่งเป็นอะตอมที่มีประจุไฟฟ้า ตั้งอยู่ตรงกลางของโมเลกุล ค่าของควิบิตแสดงโดยการหมุนทางอิเล็กทรอนิกส์ของโครเมียมไอออน ซึ่งเป็นการวัดโมเมนตัมเชิงมุมของอิเล็กตรอน กลุ่มอะตอมเพิ่มเติมติดอยู่กับโครเมียม นักวิจัยสามารถเปลี่ยนคุณสมบัติของ qubit เพื่อเปลี่ยนวิธีการทำงานของอะตอมได้โดยการแลกเปลี่ยนอะตอมบางส่วนในกลุ่มเหล่านี้
เมื่อเร็วๆ นี้ Freedman และเพื่อนร่วมงานได้สร้างโมเลกุลเพื่อให้เหมาะกับความต้องการเฉพาะอย่างใดอย่างหนึ่ง: คิวบิตโมเลกุล ที่ตอบสนอง ต่อแสง นักวิจัยรายงานใน วารสาร Scienceเมื่อวันที่ 11 ธันวาคม ว่าเลเซอร์สามารถตั้งค่าคิวบิตและช่วยอ่านผลการคำนวณ ได้ ความเป็นไปได้อีกประการหนึ่งอาจเป็นการสร้างโมเลกุลที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ Freedman กล่าว เพื่อให้สามารถใช้สำหรับการตรวจจับสภาพภายในเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิต
โมเลกุลมีความน่าสนใจเป็นพิเศษอีกอย่างหนึ่ง:
ชนิดที่กำหนดทั้งหมดเหมือนกันทุกประการ คิวบิตหลายประเภททำจากเศษโลหะหรือวัสดุอื่นๆ ที่วางอยู่บนพื้นผิว ส่งผลให้เกิดความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างคิวบิตในระดับอะตอม แต่การใช้เทคนิคทางเคมีเพื่อสร้างอะตอมของโมเลกุลด้วยอะตอมหมายความว่า qubits นั้นเหมือนกัน ทำให้อุปกรณ์มีประสิทธิภาพดีกว่า “นั่นเป็นสิ่งที่ทรงพลังมากเกี่ยวกับวิธีการจากล่างขึ้นบนที่เคมีสามารถจ่ายได้” Freedman กล่าว
นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้อะตอมและไอออน แต่ละตัว ในอุปกรณ์ควอนตัมแล้ว ( SN: 6/29/17 ) แต่โมเลกุลนั้นซับซ้อนกว่าในการทำงานด้วย เนื่องจากมีหลายองค์ประกอบ เป็นผลให้โมเลกุลเป็นทรัพยากรควอนตัมที่ค่อนข้างใหม่ Nick Hutzler นักฟิสิกส์ของ Caltech กล่าวในที่ประชุม “ผู้คนไม่รู้ด้วยซ้ำว่าคุณสามารถทำอะไรกับ [โมเลกุล] ได้… แต่ผู้คนกำลังค้นพบสิ่งใหม่ทุกวัน”
ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการรบกวนคือหัวใจสำคัญของการทดลองนี้ ในฟิสิกส์ควอนตัม อะตอมและอนุภาคอื่นๆ มีลักษณะเหมือนคลื่นที่สามารถบวกและลบได้ เช่นเดียวกับคลื่นสองลูกที่รวมกันในมหาสมุทรทำให้เกิดคลื่นขนาดใหญ่ขึ้น ในตอนท้ายของการบินของอะตอม นักวิทยาศาสตร์ได้รวมเส้นทางสองทางของอะตอมอีกครั้งเพื่อให้คลื่นของพวกมันมารบกวน จากนั้นจึงวัดว่าอะตอมมาถึงที่ใด สถานที่ที่มาถึงมีความอ่อนไหวสูงต่อการปรับแต่งที่เปลี่ยนแปลงตำแหน่งที่ยอดและร่องน้ำของคลื่นตกลงไปหรือที่เรียกว่าเฟสกะ
ที่ด้านบนสุดของห้องสุญญากาศ นักวิจัยได้วางก้อนทังสเตนที่มีมวล 1.25 กิโลกรัม เพื่อแยกเอฟเฟกต์ Aharonov-Bohm นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการทดลองแบบเดียวกันโดยมีและไม่มีมวลนี้ และสำหรับอะตอมที่ปล่อยสองชุดที่แตกต่างกัน ชุดหนึ่งบินใกล้กับมวล และอีกชุดที่ต่ำกว่า อะตอมทั้งสองชุดแต่ละชุดถูกแยกออกเป็น superpositions โดยมีเส้นทางหนึ่งเดินทางใกล้กับมวลมากกว่าอีกทางหนึ่งโดยคั่นด้วยประมาณ 25 เซนติเมตร อะตอมชุดอื่นๆ ที่มีการซ้อนทับกันในระยะทางที่เล็กกว่า รวมกันเป็นหมู่คณะ การเปรียบเทียบการรบกวนของอะตอมชุดต่างๆ ทั้งที่มีและไม่มีมวลทังสเตน เป็นการล้อเลียนการเปลี่ยนเฟสที่ไม่ได้เกิดจากแรงโน้มถ่วง แต่การบิดเบี้ยวนั้นมาจากการขยายเวลา ซึ่งเป็นคุณลักษณะของทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป
สองทฤษฎีที่สนับสนุนการทดลองนี้ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัม ทำงานร่วมกันได้ไม่ดีนัก นักวิทยาศาสตร์ไม่รู้ว่าจะรวมพวกมันอย่างไรเพื่ออธิบายความเป็นจริง ดังนั้น สำหรับนักฟิสิกส์ Guglielmo Tino จาก University of Florence ผู้ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษาใหม่นี้ กล่าว “การตรวจวัดแรงโน้มถ่วงด้วยเซ็นเซอร์ควอนตัม ฉันคิดว่านี่เป็นหนึ่งใน … ความท้าทายที่สำคัญที่สุดในขณะนี้” บาคาร่า
