Em 2018, Kang-Kuen Ni e seu laboratório ganharam a capa de Ciência com um feito impressionante:eles pegaram dois átomos individuais, um sódio e um césio, e os forjou em uma única molécula dipolar, sódio césio.

O sódio e o césio normalmente se ignoram na natureza; mas na câmara de vácuo cuidadosamente calibrada do laboratório de Ni, ela e sua equipe capturaram cada átomo usando lasers e os forçaram a reagir, uma capacidade que dotou os cientistas de um novo método para estudar um dos processos mais básicos e onipresentes na Terra:a formação de uma ligação química. Com a invenção de Ni, os cientistas não só puderam descobrir mais sobre nossos fundamentos químicos, eles poderiam começar a criar moléculas sob medida para novos usos, como qubits para computadores quânticos.

Mas havia uma falha na molécula original de sódio e césio:"Essa molécula foi perdida logo após ser feita, "disse Ni, o professor associado Morris Kahn de química e biologia química e de física. Agora, em um novo estudo publicado em Cartas de revisão de física , Ni e sua equipe relatam um novo feito:eles concederam à sua molécula uma vida útil prolongada de quase três segundos e meio - um luxo de tempo no reino quântico - controlando todos os graus de liberdade (incluindo seu movimento) de um indivíduo molécula dipolar pela primeira vez. Durante aqueles segundos preciosos, os pesquisadores podem manter o controle quântico total necessário para qubits estáveis, os blocos de construção para uma ampla variedade de aplicações quânticas interessantes.

De acordo com o jornal, "Estes longevos, moléculas dipolares individuais totalmente controladas por estado quântico fornecem um recurso fundamental para simulação quântica baseada em moléculas e processamento de informações. "Por exemplo, tais moléculas podem acelerar o progresso em direção à simulação quântica de novas fases da matéria (mais rápido do que qualquer computador conhecido), processamento de informações quânticas de alta fidelidade, medições de precisão, e pesquisa básica na área de química fria (uma das especialidades de Ni).

E, formando moléculas obedientes em seus estados básicos quânticos (basicamente, o mais simples deles, forma mais flexível), os pesquisadores criaram qubits mais confiáveis ​​com cabos elétricos, que, como as alças magnéticas de um ímã, permitem que os pesquisadores interajam com eles de novas maneiras (por exemplo, com microondas e campos elétricos).

Próximo, a equipe está trabalhando no dimensionamento de seu processo:eles planejam montar não apenas uma molécula de dois átomos, mas forçar coleções maiores de átomos a interagir e formar moléculas em paralelo. Ao fazê-lo, eles também podem começar a realizar interações de emaranhamento de longo alcance entre as moléculas, a base para a transferência de informações na computação quântica.

"Com a adição de micro-ondas e controle de campo elétrico, "disse Ni, "qubits moleculares para aplicações e simulações de computação quântica que aumentam nossa compreensão das fases quânticas da matéria estão dentro do alcance experimental."