Kvantová informačná technológia je nová informačná technológia založená na kvantovej mechanike, ktorá kóduje, počíta a prenáša fyzikálne informácie obsiahnuté vkvantový systém. Rozvoj a aplikácia kvantových informačných technológií nás privedie do „kvantového veku“ a uvedomíme si vyššiu efektivitu práce, bezpečnejšie spôsoby komunikácie a pohodlnejší a ekologickejší životný štýl.
Účinnosť komunikácie medzi kvantovými systémami závisí od ich schopnosti interagovať so svetlom. Je však veľmi ťažké nájsť materiál, ktorý dokáže naplno využiť kvantové vlastnosti optiky.
Nedávno výskumný tím na Inštitúte chémie v Paríži a Technologickom inštitúte v Karlsruhe spoločne demonštrovali potenciál molekulárneho kryštálu založeného na iónoch európia vzácnych zemín (Eu³ +) pre aplikácie v kvantových systémoch optiky. Zistili, že emisia tohto molekulárneho kryštálu Eu³ + s ultra-úzkou šírkou čiar umožňuje efektívnu interakciu so svetlom a má dôležitú hodnotu vkvantová komunikáciaa kvantové výpočty.
Obrázok 1: Kvantová komunikácia založená na molekulárnych kryštáloch európia vzácnych zemín
Kvantové stavy môžu byť superponované, takže kvantové informácie môžu byť superponované. Jeden qubit môže súčasne reprezentovať množstvo rôznych stavov medzi 0 a 1, čo umožňuje paralelné spracovanie údajov v dávkach. V dôsledku toho sa výpočtový výkon kvantových počítačov v porovnaní s tradičnými digitálnymi počítačmi exponenciálne zvýši. Aby však bolo možné vykonávať výpočtové operácie, superpozícia qubitov musí byť schopná stabilne pretrvávať počas určitého časového obdobia. V kvantovej mechanike je toto obdobie stability známe ako životnosť koherencie. Jadrové spiny zložitých molekúl môžu dosiahnuť stavy superpozície s dlhou životnosťou v suchu, pretože vplyv prostredia na jadrové spiny je účinne chránený.
Ióny vzácnych zemín a molekulárne kryštály sú dva systémy, ktoré sa používajú v kvantovej technológii. Ióny vzácnych zemín majú vynikajúce optické a spinové vlastnosti, ale je ťažké ich integrovaťoptické zariadenia. Molekulové kryštály sa ľahšie integrujú, ale je ťažké vytvoriť spoľahlivé spojenie medzi rotáciou a svetlom, pretože emisné pásy sú príliš široké.
Molekulárne kryštály vzácnych zemín vyvinuté v tejto práci úhľadne kombinujú výhody oboch v tom, že pri laserovej excitácii môže Eu³ + emitovať fotóny nesúce informácie o jadrovom spine. Prostredníctvom špecifických laserových experimentov je možné vytvoriť efektívne optické/jadrové spinové rozhranie. Na tomto základe výskumníci ďalej realizovali adresovanie úrovne jadrového spinu, koherentné ukladanie fotónov a uskutočnenie prvej kvantovej operácie.
Pre efektívne kvantové výpočty sú zvyčajne potrebné viaceré zapletené qubity. Výskumníci preukázali, že Eu³ + vo vyššie uvedených molekulárnych kryštáloch môže dosiahnuť kvantové zapletenie prostredníctvom spojenia bludných elektrických polí, čo umožňuje kvantové spracovanie informácií. Pretože molekulárne kryštály obsahujú viacero iónov vzácnych zemín, možno dosiahnuť relatívne vysoké qubitové hustoty.
Ďalšou požiadavkou na kvantové výpočty je adresnosť jednotlivých qubitov. Technika optického adresovania v tejto práci môže zlepšiť rýchlosť čítania a zabrániť rušeniu signálu obvodu. V porovnaní s predchádzajúcimi štúdiami je optická koherencia molekulárnych kryštálov Eu³ + uvedená v tejto práci asi tisíckrát zlepšená, takže stavy jadrového spinu možno opticky manipulovať špecifickým spôsobom.
Optické signály sú vhodné aj na distribúciu kvantových informácií na veľké vzdialenosti na pripojenie kvantových počítačov na vzdialenú kvantovú komunikáciu. Ďalšia úvaha by sa mohla venovať integrácii nových molekulárnych kryštálov Eu3 + do fotonickej štruktúry na zvýšenie svetelného signálu. Táto práca využíva molekuly vzácnych zemín ako základ pre kvantový internet a robí dôležitý krok smerom k budúcim architektúram kvantovej komunikácie.
Čas odoslania: Jan-02-2024