據美國《新聞周刊》網站12月8日報導，普林斯頓大學、哈佛大學和麻省理工學院的物理學家首次成功地將處於特殊量子態的兩個分子連接在一起，在量子計算研究方面取得了重大突破。這一發現可能會帶來更強大的量子計算，並支持新的研究技術。量子糾纏是一種奇怪的現象，儘管兩個粒子相距甚遠，但它們卻能緊密地聯繫在一起。這是被愛因斯坦描述為「幽靈般的超距作用」的過程，當兩個粒子處於兩種或更多不同狀態的疊加態時，就會發生這種情況。
並未參與此項研究的英國布里斯托大學物理學副教授史蒂芬·克拉克對《新聞周刊》說：「傳統的經典計算機在二進位數據上執行邏輯運算，記憶體由稱為位的單位組成，可以是0或1。相比之下，量子計算機是一種基於量子力學關鍵特徵——疊加態(同時為0和1)的設備。」
為了理解這種特性是如何支持量子計算的，克拉克用地理常識打了個比方。
「你可以把0和1想像成北極和南極，(疊加態)則是赤道。因此，雖然經典比特只能在兩極，但量子比特則可以位於球體的整個表面。」
為了發揮作用，量子計算機必須包含數千個量子比特。克拉克說：「一旦你有了很多量子比特，疊加態原理就會產生量子力學中最基本、最實用的特徵——量子糾纏。」
儘管這些量子比特在計算機晶片上是分開的，但它們仍處於疊加態，在這種狀態下，一對量子比特均可同時等於0和1。
克拉克說：「粗略地說，量子計算機可以通過首先創建所有可能輸入(指數級)的巨大疊加態來超越經典計算機……再像傳統計算機那樣並行處理這些數據。這樣做所產生的狀態會產生大量糾纏，使其成為量子計算機中無處不在的成分。」
然而，創造可控制的糾纏狀態仍然是個挑戰。克拉克說：「在任何新技術平台上展示可驗證及可控的糾纏都是極難的，同時也是重大突破。」
之前，像光子和離子這樣的小粒子已經實現了這種狀態下的可控連接。
克拉克說：「研究之所以特別重要，是因為它涉及的是相對較大的分子。這使得它們更難控制，但同時也可能造就更強大的處理能力。」
發表在最新一期的《科學》周刊上的研究展示了如何在這些大分子中誘發糾纏狀態。由物理學教授勞倫斯·卓(音)帶領的普林斯頓大學研究小組使用雷射冷卻技術將分子減速到可測量量子行為的狀態，然後再仔細地將單個分子置於精確布局中。為了移動分子，研究小組使用了一個複雜的聚焦雷射系統，它的作用就像一對超細鑷子。
這裡用到的單氟化鈣分子含有鈣原子和氟原子。分子內的負電子稍微靠近氟原子，使得分子的這端帶有輕微的負電荷。
與此同時，單氟化鈣分子的鈣端帶淨正電荷。當它們處於分子鑷子陣列中時，這些分子可以兩種狀態存在——既可以正電荷向上，也可以正電荷向下，就像在手錶里放電池一樣。
通過將這些分子配對，研究人員能夠通過正負極交互作用在成對分子之間產生可控糾纏。
哈佛大學和麻省理工學院的一個研究小組也發現了類似結果。
卓在一份聲明中說：「將分子用於量子力學是一個新的前沿領域，我們對按需糾纏的演示是證明分子可以被用作量子力學可行平台的關鍵一步。」
他接著說：「(哈佛大學和麻省理工學院的研究小組)得到了相同的結果，這一事實(證實了)我們研究結果的可靠性。它們還表明，分子鑷子陣列正成為令人興奮的量子力學新平台。」
克拉克說，這些結果不僅是量子計算未來的潛在應用，同時或可在更基礎的層面上支持物理學研究。
克拉克說：「比如說，它可以讓雷射冷卻技術——對原子非常有效——應用於更大、更複雜的分子。創造質量更大物體(如分子)的糾纏態也可有助於對重力進行量子增強的精密測量，以及探索糾纏如何改變分子之間的碰撞和化學反應。這些可能會對科學產生更直接的影響。」
卓說，研究結果「也是實際應用的一個突破，因為糾纏分子可作為未來諸多應用的基石。」
