Technologia informacji kwantowej to nowa technologia informatyczna oparta na mechanice kwantowej, która koduje, oblicza i przesyła informacje fizyczne zawarte wukład kwantowyRozwój i zastosowanie technologii informacji kwantowej przeniesie nas w „erę kwantową” i pozwoli nam osiągnąć wyższą wydajność pracy, bezpieczniejsze metody komunikacji oraz wygodniejszy i bardziej ekologiczny styl życia.
Efektywność komunikacji między systemami kwantowymi zależy od ich zdolności do interakcji ze światłem. Jednak bardzo trudno jest znaleźć materiał, który mógłby w pełni wykorzystać kwantowe właściwości optyki.
Niedawno zespół badawczy z Instytutu Chemii w Paryżu i Instytutu Technologii w Karlsruhe wspólnie zademonstrował potencjał kryształu molekularnego na bazie jonów europu ziem rzadkich (Eu³ +) do zastosowań w układach kwantowych optyki. Odkryli, że emisja ultrawąskiej szerokości linii tego kryształu molekularnego Eu³ + umożliwia skuteczną interakcję ze światłem i ma ważną wartość wkomunikacja kwantowai komputery kwantowe.
Rysunek 1: Komunikacja kwantowa oparta na kryształach molekularnych europu ziem rzadkich
Stany kwantowe mogą być nałożone na siebie, więc informacje kwantowe mogą być nałożone na siebie. Pojedynczy kubit może jednocześnie reprezentować wiele różnych stanów od 0 do 1, co pozwala na przetwarzanie danych równolegle w partiach. 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 stabilnie przez pewien okres czasu. W mechanice kwantowej ten okres stabilności jest znany jako czas życia koherencji. Spiny jądrowe złożonych cząsteczek mogą osiągać stany superpozycji o długim czasie życia na sucho, ponieważ wpływ środowiska na spiny jądrowe jest skutecznie ekranowany.
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 optyczneKryształy molekularne są łatwiejsze do zintegrowania, ale trudno jest ustanowić niezawodne połączenie między spinem a światłem, ponieważ pasma emisyjne są zbyt szerokie.
Kryształy molekularne ziem rzadkich opracowane w tej pracy zgrabnie łączą zalety obu, ponieważ pod wpływem wzbudzenia laserowego Eu³ + może emitować fotony niosące informacje o spinie jądrowym. Poprzez określone eksperymenty laserowe można wygenerować wydajny interfejs optyczny/spin jądrowy. Na tej podstawie badacze zrealizowali dalej adresowanie poziomu spinu jądrowego, spójne przechowywanie fotonów i wykonanie pierwszej operacji kwantowej.
Do wydajnego przetwarzania kwantowego zazwyczaj wymagane są liczne splątane kubity. Naukowcy wykazali, że Eu³ + w powyższych kryształach molekularnych może osiągnąć splątanie kwantowe poprzez sprzężenie rozproszonego pola elektrycznego, umożliwiając w ten sposób przetwarzanie informacji kwantowych. Ponieważ kryształy molekularne zawierają liczne jony ziem rzadkich, można osiągnąć stosunkowo wysokie gęstości kubitów.
Innym wymogiem dla obliczeń kwantowych jest adresowalność pojedynczych kubitów. Technika adresowania optycznego w tej pracy może poprawić prędkość odczytu i zapobiec zakłóceniom sygnału obwodu. W porównaniu z poprzednimi badaniami, spójność optyczna kryształów molekularnych Eu³ + zgłoszonych w tej pracy jest poprawiona około tysiąckrotnie, tak że stany spinów jądrowych mogą być optycznie manipulowane w określony sposób.
Sygnały optyczne nadają się również do dalekosiężnej dystrybucji informacji kwantowej w celu połączenia komputerów kwantowych w celu zdalnej komunikacji kwantowej. Można by rozważyć integrację nowych kryształów molekularnych Eu³ + ze strukturą fotoniczną w celu wzmocnienia sygnału świetlnego. W tej pracy wykorzystano cząsteczki ziem rzadkich jako podstawę kwantowego Internetu i podjęto ważny krok w kierunku przyszłych architektur komunikacji kwantowej.
Czas publikacji: 02-01-2024