Quantum Information Technology je nová informačná technológia založená na kvantovej mechanike, ktorá kóduje, počíta a prenáša fyzické informácie obsiahnuté vkvantový systém. Vývoj a uplatňovanie kvantových informačných technológií nás privedie do „kvantového veku“ a realizuje vyššiu efektívnosť práce, bezpečnejšie komunikačné metódy a pohodlnejší a zelený životný štýl.
Účinnosť komunikácie medzi kvantovými systémami závisí od ich schopnosti interagovať so svetlom. Je však veľmi ťažké nájsť materiál, ktorý môže plne využívať kvantové vlastnosti optického.
Výskumný tím v Inštitúte chémie v Paríži a Technologický inštitút Karlsruhe spolu demonštroval potenciál molekulárneho kryštálu založený na iónov vzácnych zemských Europium (EU³ +) pre aplikácie v kvantových systémoch optických. Zistili, že ultra-predná šírka šírky línie tohto molekulárneho kryštálu Eu³ + umožňuje účinnú interakciu so svetlom a má dôležitú hodnotu vkvantová komunikáciaa kvantové výpočty.
Obrázok 1: Kvantová komunikácia založená na molekulárnych kryštáloch vzácnych zemín
Kvantové stavy sa dajú prekrývať, takže sa dajú prekrývať kvantové informácie. Jeden chit môže súčasne predstavovať rôzne rôzne stavy medzi 0 a 1, čo umožňuje spracovanie údajov paralelne v dávkach. Výsledkom je, že výpočtová sila kvantových počítačov sa exponenciálne zvýši v porovnaní s tradičnými digitálnymi počítačmi. Aby sa však na vykonávanie výpočtových operácií vykonávali výpočtové operácie, musí byť superpozícia quBits schopná neustále pretrvávať po určitú dobu. V kvantovej mechanike je toto obdobie stability známe ako životnosť koherencie. Jadrové otočenia komplexných molekúl môžu dosiahnuť superpozičné stavy s dlhou suchou životnosťou, pretože vplyv prostredia na jadrové točenie je účinne chránený.
Ióny vzácnych zemín a molekulárne kryštály sú dva systémy, ktoré sa používali v kvantovej technológii. Ióny vzácnych zemín majú vynikajúce optické a spinové vlastnosti, ale je ťažké ich integrovaťoptické zariadenia. Molekulárne kryštály sa ľahšie integrujú, ale je ťažké vytvoriť spoľahlivé spojenie medzi spin a svetlom, pretože emisné pásy sú príliš široké.
Molekulárne kryštály vzácnych zemín vyvinuté v tejto práci úhľadne kombinujú výhody oboch v tom, že pri laserovom excitácii môže Eu³ + emitovať fotóny, ktoré nesú informácie o jadrovom rotácii. Prostredníctvom špecifických laserových experimentov je možné generovať účinné optické/jadrové spinové rozhranie. Na tomto základe vedci ďalej realizovali riešenie jadrového točenia, koherentné skladovanie fotónov a vykonávanie prvej kvantovej operácie.
Na efektívne kvantové výpočty sa zvyčajne vyžaduje viacnásobné zapletené qubity. Vedci preukázali, že Eu³ + vo vyššie uvedených molekulárnych kryštáloch môžu dosiahnuť kvantové zapletenie prostredníctvom spájania elektrického poľa Stray, čo umožňuje spracovanie kvantových informácií. Pretože molekulárne kryštály obsahujú viacnásobné ióny vzácnych zemín, je možné dosiahnuť relatívne vysokú hustotu quit.
Ďalšou požiadavkou na kvantové výpočty je adresovateľnosť jednotlivých QuBits. Technika optickej adresy 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 zlepšená asi o tisíc násobku, takže jadrové spinové stavy sa dajú opticky manipulovať špecifickým spôsobom.
Optické signály sú tiež vhodné pre distribúciu kvantových informácií na veľké vzdialenosti na pripojenie kvantových počítačov pre vzdialenú kvantovú komunikáciu. Ďalšie zváženie integrácie nových molekulárnych kryštálov Eu³ + do fotonickej štruktúry, aby sa zvýšil svetelný signál. Táto práca využíva molekuly vzácnych zemín ako základ pre kvantový internet a robí dôležitý krok k budúcim architektúram kvantovej komunikácie.
Čas príspevku: január-02-2024