När det gäller storlek, det kan vara det minsta vetenskapliga genombrottet som någonsin gjorts vid Harvard.

Harvard biträdande professor i kemi och kemisk biologi Kang-Kuen Ni och kollegor har för första gången kombinerat två atomer till vad forskare kallar en dipolär molekyl. Arbetet beskrivs i en ny artikel publicerad i Vetenskap .

Forskare säger att upptäckten har ett stort löfte för framtiden för kvantberäkning, eftersom den dipolära molekylen utgör en ny typ av qubit, den minsta enheten av kvantinformation, vilket kan leda till mer effektiva enheter.

"Riktning av kvantinformationsbehandling är en av de saker vi är glada över, "Ni sa." Vi behöver molekyler för alla olika tillämpningar i vårt dagliga liv. Dock, molekylrummet är så stort, vi kan inte utforska det tillräckligt med nuvarande datorer. Om vi ​​har kvantdatorer som potentiellt kan lösa komplexa problem och utforska molekylärt utrymme effektivt, påverkan blir stor."

Medan utvecklingen av dessa molekyler - och de datorer som kan dra nytta av dem - kommer att kräva mycket mer forskning, de nuvarande fynden visar en nivå av precisionsarbete som inte tidigare uppnåtts.

Atomer blir en molekyl när de binds samman för att skapa en kemisk reaktion; molekyler är i slutändan byggstenarna i kemin och livet självt. Laboratorier har tidigare skapat molekyler genom att kombinera grupper av atomer, och reaktionerna mättes sedan i genomsnitt. Målet var att få ytterligare insikter om hur molekyler interagerar, och för att möjliggöra kontroller för reaktionskemi och designa nya kvantmaterial.

Teamet som leds av Ni, dock, började med bara två atomer, ett natrium och ett cesium, som kyldes till extremt låga temperaturer där nya kvantfaser bortom gas, flytande, och fasta skulle dyka upp. Forskare fångade sedan atomerna med hjälp av lasrar och slog samman dem i en optisk dipolfälla. Medan de två atomerna var i ett "upphetsat tillstånd" - det vill säga, elektriskt laddad av lasern – reaktionen för att skapa en molekyl kan inträffa.

"Det är sant att för varje reaktion, " Ni sa, "atomer och molekyler kombineras individuellt på mikroskopisk nivå. Det vi har gjort annorlunda är att skapa mer kontroll över det. Vi tar tag i två olika arter av enskilda atomer med optisk pincett och lyser en laserpuls för att binda dem. Hela processen sker i ett extremt högt vakuum, med mycket låg lufttäthet. "

Även om det är kortlivat, reaktionen visade att en molekyl kunde bildas genom att använda laserstimulansen, snarare än ytterligare atomer, som katalysator.

Ni sa att ett ytterligare steg skulle vara att kombinera atomer i en "jord, " eller inte elektriskt exciterad, stat, med målet att skapa långlivade molekylära reaktioner. Hoppet, tillade hon, är att om en dipolär molekyl kan skapas i labbet, större och mer komplexa kan vara, för.

"Jag tror att många forskare kommer att följa, nu när vi har visat vad som är möjligt, "Ni sa." Denna studie motiverades av några olika saker. I allmänhet, Vi är intresserade av en grundläggande studie för att se hur fysisk interaktion och kemisk reaktion bidrar till att göra fenomen komplexa. Vi ville ta det enklaste fallet, kvantmekanikens lagar, som är de underliggande naturlagarna. Våra kvantbitar kommer sedan att bygga upp till något mer komplext; det var den första motivationen. Visst är arbetet inte klart, men det här är ett genombrottssteg."