Kwantowa technologia informacyjna to nowa technologia informacyjna oparta na mechanice kwantowej, która koduje, oblicza i przesyła informację fizyczną zawartą wukład kwantowy.Rozwój i zastosowanie technologii informacji kwantowej wprowadzi nas w „erę kwantową” i umożliwi osiągnięcie wyższej wydajności pracy, bezpieczniejszych metod komunikacji oraz wygodniejszego i ekologicznego stylu życia.
Efektywność komunikacji pomiędzy układami kwantowymi zależy od ich zdolności do interakcji ze światłem.Jednak bardzo trudno jest znaleźć materiał, który byłby w stanie w pełni wykorzystać kwantowe właściwości optyczne.
Niedawno zespół badawczy Instytutu Chemii w Paryżu i Instytutu Technologii w Karlsruhe wspólnie zademonstrował potencjał kryształu molekularnego opartego na jonach europu pierwiastków ziem rzadkich (Eu³ +) do zastosowań w kwantowych układach optycznych.Odkryli, że ultrawąska emisja szerokości linii tego kryształu molekularnego Eu³ + umożliwia wydajną interakcję ze światłem i ma ważną wartość wkomunikacja kwantowai obliczenia kwantowe.
Rysunek 1: Komunikacja kwantowa oparta na kryształach molekularnych europu pierwiastków ziem rzadkich
Stany kwantowe można nakładać na siebie, więc można nakładać informacje kwantowe.Pojedynczy kubit może jednocześnie reprezentować wiele różnych stanów od 0 do 1, umożliwiając równoległe przetwarzanie danych w partiach.W rezultacie moc obliczeniowa komputerów kwantowych wzrośnie wykładniczo w porównaniu z tradycyjnymi komputerami cyfrowymi.Aby jednak możliwe było wykonanie operacji obliczeniowych, superpozycja kubitów musi być w stanie utrzymać się stale przez pewien okres czasu.W mechanice kwantowej ten okres stabilności nazywany jest czasem życia koherencji.Spiny jądrowe złożonych cząsteczek mogą osiągać stany superpozycji przy długich okresach życia na sucho, ponieważ wpływ środowiska na spiny jądrowe jest skutecznie ekranowany.
Jony ziem rzadkich i kryształy molekularne to dwa układy stosowane 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 niezawodne połączenie pomiędzy spinem a światłem, ponieważ pasma emisji są zbyt szerokie.
Kryształy molekularne pierwiastków ziem rzadkich opracowane w tej pracy zgrabnie łączą zalety obu, ponieważ pod wzbudzeniem laserowym Eu³ + może emitować fotony niosące informację o spinie jądrowym.Dzięki konkretnym eksperymentom laserowym można wygenerować wydajną granicę pomiędzy spinem optycznym i jądrowym.Na tej podstawie badacze dokonali dalszych prac związanych z adresowaniem poziomu spinu jądrowego, spójnym przechowywaniem fotonów i wykonaniem pierwszej operacji kwantowej.
Do wydajnego obliczeń kwantowych zwykle wymaganych jest wiele splątanych kubitów.Naukowcy wykazali, że Eu³ + w powyższych kryształach molekularnych może osiągnąć splątanie kwantowe poprzez sprzężenie rozproszonego pola elektrycznego, umożliwiając w ten sposób kwantowe przetwarzanie informacji.Ponieważ kryształy molekularne zawierają wiele jonów metali ziem rzadkich, można osiągnąć stosunkowo wysokie gęstości kubitów.
Kolejnym wymogiem obliczeń kwantowych jest adresowalność poszczególnych kubitów.Technika adresowania optycznego zastosowana w tej pracy może poprawić prędkość odczytu i zapobiec zakłóceniom sygnału obwodu.W porównaniu z poprzednimi badaniami, spójność optyczna kryształów molekularnych Eu³ + opisana w tej pracy została poprawiona około tysiąckrotnie, dzięki czemu stany spinu jądrowego można manipulować optycznie w specyficzny sposób.
Sygnały optyczne nadają się również do dystrybucji informacji kwantowej na duże odległości w celu łączenia komputerów kwantowych w celu zdalnej komunikacji kwantowej.Można rozważyć włączenie nowych kryształów molekularnych Eu3 + do struktury fotonicznej w celu wzmocnienia sygnału świetlnego.W pracy tej wykorzystano cząsteczki metali ziem rzadkich jako podstawę Internetu kwantowego i stanowi to ważny krok w kierunku przyszłych architektur komunikacji kwantowej.
Czas publikacji: 02 stycznia 2024 r