Under 2018, Kang-Kuen Ni och hennes labb fick täckningen av Vetenskap med en imponerande bedrift:De tog två individuella atomer, ett natrium och ett cesium, och smidde dem till en enda dipolär molekyl, natriumcesium.

Natrium och cesium ignorerar normalt varandra i naturen; men i Ni-labbets noggrant kalibrerade vakuumkammare, hon och hennes team fångade varje atom med laser och tvingade dem sedan att reagera, en förmåga som gav forskare en ny metod för att studera en av de mest grundläggande och allestädes närvarande processerna på jorden:bildandet av en kemisk bindning. Med Nis uppfinning, forskare kunde inte bara upptäcka mer om vår kemiska grund, de kunde börja skapa skräddarsydda molekyler för nya användningsområden som qubits för kvantdatorer.

Men det fanns en brist i deras ursprungliga natriumcesiummolekyl:"Den molekylen gick förlorad strax efter att den gjordes, sa Ni, Morris Kahns docent i kemi och kemisk biologi och i fysik. Nu, i en ny studie publicerad i Physics Review Letters , Ni och hennes team rapporterar en ny bedrift:de gav sin molekyl en förlängd livslängd på upp till nästan tre och en halv sekund – en lyx av tid i kvantvärlden – genom att kontrollera alla frihetsgrader (inklusive dess rörelse) hos en individ dipolär molekyl för första gången. Under dessa dyrbara sekunder, forskarna kan upprätthålla den fulla kvantkontroll som krävs för stabila kvantbitar, byggstenarna för en mängd spännande kvantapplikationer.

Enligt tidningen, "Dessa långlivade, helt kvanttillståndskontrollerade individuella dipolära molekyler utgör en nyckelresurs för molekylbaserad kvantsimulering och informationsbearbetning." sådana molekyler kan påskynda framstegen mot kvantsimulering av nya faser av materia (snabbare än någon känd dator), högfientlig kvantinformationsbehandling, precisionsmätningar, och grundforskning inom området kall kemi (en av Nis specialiteter).

Och, genom att bilda lydiga molekyler i sina kvantgrundtillstånd (i princip, deras enklaste, mest böjliga formen), forskarna skapade mer pålitliga qubits med elektriska handtag, som, som magnethandtagen på en magnet, tillåta forskare att interagera med dem på nya sätt (t.ex. med mikrovågor och elektriska fält).

Nästa, teamet arbetar med att skala sin process:De planerar att sammanställa inte bara en molekyl från två atomer utan tvinga större samlingar av atomer att interagera och bilda molekyler parallellt. Därvid, de kan också börja utföra långväga intrasslingsinteraktioner mellan molekyler, grunden för informationsöverföring inom kvantberäkning.

"Med tillägget av mikrovågs- ​​och elektrisk fältkontroll, sa Ni, "molekylära kvantbitar för kvantberäkningstillämpningar och simuleringar som främjar vår förståelse av materiens kvantfaser är inom experimentell räckvidd."