物理学家首次成功使单分子进入量子纠缠态，推动量子科学进展

使用创新光镊技术，美国普林斯顿大学研究人员克服了先前分子量子纠缠挑战，成功控制单一分子使它们进入纠缠，在量子力学方面取得重大进展，这项成就可能彻底改变量子运算，并为量子模拟、量子感测等应用开辟新可能性。

量子纠缠指粒子（或分子）共享单一物理状态，具有“连接”效果，如果其中一个粒子发生什么事，另一个粒子会立刻变化，理论上讲 2 个纠缠粒子就算位于宇宙两端，量子纠缠效应也能让它们立即相互感应。

纠缠对许多先进量子应用至关重要，包括量子资讯处理、量子模拟器、量子增强感测器等，而分子作为多个原子组成的系统，比单原子多些优势，比如分子能以更多方式排列，从而获得更高“自由度”以新方式进行互动，等于能带来储存、处理量子资讯的新方法。

研究人员举例，一个分子可透过多种模式振动、旋转，因此能使用其中任 2 种模式编码量子位元，如果分子是极性的，则 2 个分子即使分离也可以相互作用。

简单说，分子因丰富内部结构、独特属性而在量子科学具相当前景，科学家也曾挑战控制分子相互纠缠，但长期以来，科学界一直无法控制单分子进入量子纠缠态。

直到现在，普林斯顿大学团队找到方法，首度成功控制单一分子让它们进入互锁的量子态。

用于冷却、控制和纠缠单一分子的雷射装置。（Source：普林斯顿大学）

为了使分子纠缠，必须让它们相互作用，团队以深思熟虑的实验解决许多挑战，首先选择一种具极性又可用雷射冷却的分子，将分子冷却至量子力学开始运作的超冷温度，以创新光镊技术拾取单一分子，透过设计镊子位置，研究人员能建立大量单分子阵列，并将它们单独定位成任何一维构型。

接着研究人员将量子位元编码为分子的非旋转状态和旋转状态（类似经典电脑位元的 0 和 1），展示单独分子可良好控制并维持量子位元相干的能力。

再来，团队使用一系列微波脉冲让单分子在精确时间下持续相互作用、产生纠缠，确定建立贝尔态（最单纯的一种量子纠缠态）分子对。

将分子用于量子科学是一个新领域，这项研究证明分子可应用于量子科学的关键一步。

新论文发表在《科学》（Science）期刊。