Forskare har stora idéer om potentialen med kvantteknologi, från ohackbara nätverk till jordbävningssensorer. Men alla dessa saker beror på en stor teknisk bedrift:att kunna bygga och kontrollera system av kvantpartiklar, som är bland de minsta föremålen i universum.

Det målet är nu ett steg närmare med publiceringen av en ny metod av University of Chicagos forskare. Publicerad 28 april i Natur , uppsatsen visar hur man tar flera molekyler samtidigt till ett enda kvanttillstånd - ett av de viktigaste målen inom kvantfysiken.

"Människor har försökt göra det här i decennier, så vi är väldigt glada, " sa seniorförfattaren Cheng Chin, en professor i fysik vid UChicago som sa att han har velat uppnå detta mål sedan han var doktorand på 1990-talet. "Jag hoppas att detta kan öppna nya fält inom kvantkemi i många kroppar. Det finns bevis för att det finns många upptäckter som väntar där ute."

Ett av de väsentliga tillstånden i materien kallas ett Bose-Einstein-kondensat:När en grupp partiklar som kylts till nästan absolut noll delar ett kvanttillstånd, hela gruppen börjar bete sig som om det vore en enda atom. Det är lite som att locka ett helt band att marschera helt i takt medan man spelar i ton – svårt att uppnå, men när det händer, en helt ny värld av möjligheter kan öppna sig.

Forskare har kunnat göra detta med atomer i några decennier, men vad de verkligen skulle vilja göra är att kunna göra det med molekyler. Ett sådant genombrott skulle kunna fungera som grunden för många former av kvantteknologi.

Men eftersom molekyler är större än atomer och har många fler rörliga delar, de flesta försök att utnyttja dem har lösts upp i kaos. "Atomer är enkla sfäriska föremål, medan molekyler kan vibrera, rotera, bär små magneter, ", sa Chin. "Eftersom molekyler kan göra så många olika saker, det gör dem mer användbara, och samtidigt mycket svårare att kontrollera."

Chins grupp ville dra nytta av några nya funktioner i labbet som nyligen blivit tillgängliga. Förra året, de började experimentera med att lägga till två villkor.

Den första var att kyla ner hela systemet ytterligare - ner till 10 nanokelvin, ett kluvet hår över absolut noll. Sedan packade de in molekylerna i ett krypgrund så att de klämdes platt. "Vanligtvis, molekyler vill röra sig i alla riktningar, och om du tillåter det, de är mycket mindre stabila, " sa Chin. "Vi begränsade molekylerna så att de är på en 2D-yta och bara kan röra sig i två riktningar."

Resultatet var en uppsättning praktiskt taget identiska molekyler – uppradade med exakt samma orientering, samma vibrationsfrekvens, i samma kvanttillstånd.

Forskarna beskrev detta molekylära kondensat som ett orört ark med nytt ritpapper för kvantteknik. "Det är den absolut idealiska utgångspunkten, " sa Chin. "Till exempel, om du vill bygga kvantsystem för att hålla information, du behöver ett rent blad att skriva på innan du kan formatera och lagra den informationen."

Än så länge, de har kunnat länka ihop upp till några tusen molekyler i ett sådant tillstånd, och börjar utforska dess potential.

"På det traditionella sättet att tänka på kemi, du tänker på några atomer och molekyler som kolliderar och bildar en ny molekyl, " sa Chin. "Men i kvantregimen, alla molekyler verkar tillsammans, i kollektivt beteende. Detta öppnar ett helt nytt sätt att utforska hur molekyler alla kan reagera tillsammans för att bli en ny sorts molekyl.

"Detta har varit ett mål för mig sedan jag var student, " han lade till, "så vi är väldigt, mycket glad över detta resultat."