量子物理学：原子と分子の間の量子エンタングルメント

従来型の情報プロセッサーは、処理、記憶、送信用に異なる物理的キャリア間で情報を変換する。量子情報もまた、基礎物理学の検証、量子強化センサー、量子情報処理などの応用では、異なる物理的キャリアに保持されると考えるのは妥当である。特に、量子制御された分子は、同じ回転多準位系内の遷移における数キロヘルツ、超微細遷移における数ギガヘルツ、回転遷移における数テラヘルツから、基音と倍音の振動遷移と電子遷移における数百テラヘルツまで、量子情報を広範な量子ビット（キュービット）周波数にわたって、おそらく全て同一分子内で変換できる可能性がある。今回我々は、⁴⁰CaH⁺分子イオンの回転状態と⁴⁰Ca⁺原子イオンの内部状態の間のエンタングルメントを実証する。我々は、量子論理分光法で用いられている方法を、純粋状態の初期化、レーザー操作、分子イオンの状態読み出しに拡張した。原子イオンと分子イオンの間のクーロン結合した運動の量子コヒーレンスによって、その後のエンタングリング操作が可能になった。分子内にアドレスされたキュービットの周波数は、13.4 kHzか855 GHzのいずれかで、これは分子キュービットの多機能性を浮き彫りにしている。今回の研究は、分子が、周波数が異なるキュービット間の量子情報をどのように変換し、ハイブリッドな量子系を実現し得るかを実証している。我々は、今回の分子の量子制御と測定の方法を、量子情報科学、量子センサー、基礎物理学、応用物理学、制御された量子化学に応用できると予想する。

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