Quantum Information Technology to nowa technologia informacyjna oparta na mechanice kwantowej, która koduje, oblicza i przesyła informacje fizyczne zawarte wSystem kwantowy. Opracowanie i zastosowanie technologii informacyjnych kwantowych doprowadzi nas do „wieku kwantowego” i zrealizuje wyższą wydajność pracy, bardziej bezpieczne metody komunikacji oraz wygodny i zielony styl życia.
Wydajność komunikacji między systemami kwantowymi zależy od ich zdolności do interakcji ze światłem. Jednak bardzo trudno jest znaleźć materiał, który może w pełni wykorzystać właściwości kwantowe optycznego.
Niedawno zespół badawczy Institute of Chemistry w Paryżu i Karlsruhe Institute of Technology razem wykazał potencjał kryształu molekularnego w oparciu o jony europejskie ziem rzadkich (EU³ +) do zastosowań w systemach kwantowych optycznych. Okazało się, że emisja o ultra-norrow linii tego EU³ + Molekularna kryształ umożliwia wydajną interakcję z światłem i ma ważną wartość wkomunikacja kwantowai obliczenia kwantowe.
Rycina 1: Komunikacja kwantowa oparta na rzadkich kryształach molekularnych Ziemi Ziemi
Stany kwantowe można nałożyć, więc można nakładać informacje kwantowe. Pojedynczy qubit może jednocześnie reprezentować różne stany między 0 a 1, umożliwiając przetwarzanie danych równolegle w partii. W rezultacie moc obliczeniowa komputerów kwantowych wzrośnie wykładniczo w porównaniu z tradycyjnymi komputerami cyfrowymi. Jednak w celu wykonywania operacji obliczeniowych superpozycja kubitów musi być w stanie utrzymywać się stale przez pewien czas. W mechanice kwantowej ten okres stabilności jest znany jako czas życia spójności. Spinki jądrowe złożonych cząsteczek mogą osiągnąć stany superpozycji z długim suchym okresem życia, ponieważ wpływ środowiska na spiny jądrowe jest skutecznie osłonięty.
Jony ziem rzadkich i kryształy molekularne to dwa systemy, które zostały wykorzystane w technologii kwantowej. Jony ziem rzadkich mają doskonałe właściwości optyczne i spinowe, ale trudno je zintegrowaćurządzenia optyczne. Kryształy molekularne są łatwiejsze do zintegrowania, ale trudno jest ustalić wiarygodne połączenie między spinem a światłem, ponieważ pasma emisji są zbyt szerokie.
W tej pracy rozwinęły się kryształy molekularne ziem rzadkich, które starannie łączą zalety obu, ponieważ przy wzbudzeniu laserowym EU³ + może emitować fotony niosące informacje o spinu jądrowym. Dzięki określonym eksperymentom laserowym można wygenerować wydajny interfejs spinowy/jądrowy. Na tej podstawie naukowcy zrealizowali rozwiązanie poziomu spinu jądrowego, spójne przechowywanie fotonów i wykonanie pierwszej operacji kwantowej.
W przypadku wydajnego obliczania kwantowego zwykle wymaganych jest wiele zaplątanych kubitów. Naukowcy wykazali, że Eu³ + w powyższych kryształach molekularnych może osiągnąć splątanie kwantowe poprzez bezpłatne sprzężenie pola elektrycznego, umożliwiając w ten sposób przetwarzanie informacji kwantowych. Ponieważ kryształy molekularne zawierają wiele jonów ziem rzadkich, można osiągnąć stosunkowo wysokie gęstości kwobta.
Kolejnym wymogiem obliczania kwantowego jest adresowalność poszczególnych kubitów. Technika adresowania optycznego w tej pracy może poprawić prędkość odczytu i zapobiec zakłóceniu sygnału obwodu. W porównaniu z wcześniejszymi badaniami optyczna koherencja Eu³ + kryształów molekularnych zgłoszonych w tej pracy jest poprawiona o około tysiąc razy, dzięki czemu stany spinowe jądrowe mogą być optycznie manipulowane w określony sposób.
Sygnały optyczne są również odpowiednie do rozkładu informacji kwantowej na duże odległości, aby połączyć komputery kwantowe do zdalnej komunikacji kwantowej. Dalsze rozważenie można rozważyć integrację nowych kryształów molekularnych EU³ + z strukturą fotoniczną w celu zwiększenia sygnału świetlnego. Ta praca wykorzystuje cząsteczki ziem rzadkich jako podstawę do Internetu kwantowego i robi ważny krok w kierunku przyszłych architektur komunikacji kwantowej.
Czas po: 02-2024