單分子量子糾纏態
量子糾纏對於未來量子科技的應用來說至關重要，其中由於分子的內部結構和彼此之間的相互作用，目前一致被認為是量子應用中最具前景的平台之一。然而單獨控制分子之間的糾纏一直面臨種種挑戰。直到最近，美國普林斯頓大學研究人員克服了先前的技術關卡，成功控制單一分子使它們進入糾纏狀態。
為了使分子糾纏，研究人員必須先使兩者進入相互作用。為此，普林斯頓的團隊首先選擇一種具極性 (polorization) 又可用雷射冷卻的分子。將其冷卻至超低臨界溫度後，用光鑷技術 (optical tweezer array) 拾取單一分子，並透過精確設計鑷子的位置，建立大量單分子陣列，並將它們單獨定位成任何一維構型，以利用電偶極產生交互作用 (electric dipolar interaction)。
“This is a breakthrough in the world of molecules because of the fundamental importance of quantum entanglement, But it is also a breakthrough for practical applications because entangled molecules can be the building blocks for many future applications.” said Lawrence Cheuk, an assistant professor of physics at Princeton University.
「這在分子領域中是一項重要的突破，因為糾纏是量子應用的基礎，因此對於未來量子技術的應用而言，也是一項里程碑，糾纏狀態下的分子可以成為無數未來應用的基石。」普林斯頓大學物理學助理教授 Lawrence Cheuk 說。
貝爾態分子對
在後續的研究之中，普林斯頓的研究團隊將分子的非旋轉狀態和旋轉狀態 (類似傳統電腦的 0/1 位元) 單獨編碼，並且展示單獨分子在此狀態下可以被良好的控制並維持兩者之間的交互特性。最後在一系列微波脈衝下，研究原順利讓兩個單分子在精確時間下持續相互作用進入量子糾纏態，成功建立貝爾態分子對 (Bell pairs, 最單純的一種量子糾纏態)。
“Using molecules for quantum science is a new frontier and our demonstration of on-demand entanglement is a key step in demonstrating that molecules can be used as a viable platform for quantum science,” said Cheuk.
「使用分子進行量子應用是一個全新的前瞻領域，我們對糾纏特性的演示證明了分子確實可以作為研究量子科學平台。」Cheuk說。
在《science》期刊同一期發表的另一篇獨立文章中，由哈佛大學的 John Doyle 和 Kang-Kuen Ni 以及麻省理工學院的 Wolfgang Ketterle 領導的獨立研究小組取得了類似的結果。
“The fact that they got the same results verify the reliability of our results.” said Cheuk.“
「他們取得了相同的結果，也進一步驗證了我們結果的可靠性」Cheuk說。
論文連結
“On-Demand Entanglement of Molecules in a Reconfigurable Optical Tweezer Array,” by Connor M. Holland, Yukai Lu, and Lawrence W. Cheuk was published in Science on December 8, 2023.
