美国国家标准技术研究所(National Institute of Standards and Technology；NIST)利用雷射极度冷却原子，打造出世界上最准确的原子钟。如今，研究人员持续扩展这项研究，展示如何用雷射控制整个分子离子的量子特性，从而为未来的量子计算机作好准备。
NIST的解决方案就发表于最新一期的《自然》(Nature)期刊，让量子逻辑运算能透过雷射驱动基于量子力学原理的最新原子钟，从而控制未来量子计算机的分子(如下图)。
NIST提出控制整个分子之量子态的6个步骤 （来源：N. Hanacek/NIST）
由于该技术使用雷射极度冷却分子，其探测和量子操作非常温和，而不至于扰乱其微妙的量子态。到目前为止，研究人员已能透过中介原子，使其从一种分子态转移到另一种分子状态，并期望能进一步建构更复杂的结构，实现放大信号、测量电子的“形状”、提高化学反应控制以及其他下一代量子信息处理步骤等。
这项研究是由NIST物理学家James Chin-wen Chou、Dietrich Leibfried及其研究团队共同进行，因应量子“控制单元”指令制造分子，使其得以保持记忆值、执行超高精确的测量法，以及执行杂的量子信息操作。透过控制分子离子的电子、振动和旋转状态，就能将量子信息传递到其他离子，而能为较大的量子计算单元实现同步操作。
研究人员使用具有两个钙离子的高真空容器，两钙离子之间仅有微米间隔，并持续泄漏其中的氢气，直到形成氢化钙(CaH+)分子离子。两种带电分子离子的排斥作用引发弹簧状作用，并以雷射冷却至其最低能量状态。然后再用脉冲雷射将离子驱动至所需的量子态，并分别以雷射和光侦测器吸收和发射的光进行测量。
编译：Susan Hong
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