En 2018, Kang-Kuen Ni et son laboratoire ont obtenu la couverture de Science avec un exploit impressionnant :ils ont pris deux atomes individuels, un sodium et un césium, et les a forgés en une seule molécule dipolaire, césium sodique.

Le sodium et le césium s'ignorent normalement dans la nature; mais dans la chambre à vide soigneusement calibrée du laboratoire Ni, elle et son équipe ont capturé chaque atome à l'aide de lasers et les ont ensuite forcés à réagir, une capacité qui a doté les scientifiques d'une nouvelle méthode pour étudier l'un des processus les plus fondamentaux et les plus omniprésents sur Terre :la formation d'une liaison chimique. Avec l'invention de Ni, les scientifiques pourraient non seulement en savoir plus sur nos fondements chimiques, ils pourraient commencer à créer des molécules sur mesure pour de nouvelles utilisations comme les qubits pour les ordinateurs quantiques.

Mais il y avait un défaut dans leur molécule de césium de sodium d'origine :"Cette molécule a été perdue peu de temps après sa fabrication, " dit Ni, le professeur agrégé Morris Kahn de chimie et de biologie chimique et de physique. Maintenant, dans une nouvelle étude publiée dans Lettres de révision de physique , Ni et son équipe rapportent un nouvel exploit :ils ont accordé à leur molécule une durée de vie prolongée pouvant atteindre près de trois secondes et demie - un luxe de temps dans le domaine quantique - en contrôlant tous les degrés de liberté (y compris son mouvement) d'un individu. molécule dipolaire pour la première fois. Pendant ces précieuses secondes, les chercheurs peuvent maintenir le contrôle quantique complet nécessaire pour des qubits stables, les éléments constitutifs d'une grande variété d'applications quantiques passionnantes.

Selon le journal, "Ces personnes à longue durée de vie, les molécules dipolaires individuelles entièrement quantiques contrôlées par l'état fournissent une ressource clé pour la simulation quantique basée sur les molécules et le traitement de l'information." Par exemple, de telles molécules pourraient accélérer les progrès vers la simulation quantique de nouvelles phases de la matière (plus rapide que n'importe quel ordinateur connu), traitement de l'information quantique haute fidélité, mesures de précision, et la recherche fondamentale dans le domaine de la chimie du froid (une des spécialités de Ni).

Et, en formant des molécules obéissantes dans leurs états fondamentaux quantiques (essentiellement, leur plus simple, forme la plus souple), les chercheurs ont créé des qubits plus fiables avec des poignées électriques, lequel, comme les poignées magnétiques d'un aimant, permettre aux chercheurs d'interagir avec eux de nouvelles façons (par exemple, avec micro-ondes et champs électriques).

Prochain, l'équipe travaille à la mise à l'échelle de son processus :elle prévoit d'assembler non seulement une molécule à partir de deux atomes, mais forcer de plus grandes collections d'atomes à interagir et à former des molécules en parallèle. En faisant ainsi, ils peuvent également commencer à effectuer des interactions d'intrication à longue distance entre les molécules, la base du transfert d'informations en informatique quantique.

"Avec l'ajout du contrôle des micro-ondes et du champ électrique, " dit Ni, "Les qubits moléculaires pour les applications et les simulations d'informatique quantique qui améliorent notre compréhension des phases quantiques de la matière sont à portée expérimentale."