Kvantna informacijska tehnologija nova je informacijska tehnologija koja se temelji na kvantnoj mehanici, koja kodira, izračunava i prenosi fizičke informacije sadržane ukvantni sustav. Razvoj i primjena kvantne informacijske tehnologije dovest će nas u „kvantno doba“ i ostvariti veću radnu učinkovitost, sigurnije komunikacijske metode i prikladnije i zelene načina života.
Učinkovitost komunikacije između kvantnih sustava ovisi o njihovoj sposobnosti interakcije sa svjetlom. Međutim, vrlo je teško pronaći materijal koji može u potpunosti iskoristiti kvantna svojstva optičke.
Nedavno su istraživački tim na Institutu za kemiju u Parizu i Karlsruhe Institute za tehnologiju zajedno pokazali potencijal molekularnog kristala na temelju rijetkih zemaljskih europijskih iona (EU³ +) za primjene u kvantnim sustavima optičkih. Otkrili su da emisija širine linije ultra-narrow ovog EU³ + molekularnog kristala omogućava učinkovitu interakciju s svjetlom i ima važnu vrijednost ukvantna komunikacijai kvantno računanje.
Slika 1: Kvantna komunikacija temeljena na rijetkim molekularnim kristalima Europium Europium
Kvantna stanja mogu se nanijeti, tako da se kvantne informacije mogu nanijeti. Jedan qubit može istovremeno predstavljati različita stanja između 0 i 1, omogućujući obradu podataka paralelno u serijama. Kao rezultat, računalna snaga kvantnih računala eksponencijalno će se povećati u usporedbi s tradicionalnim digitalnim računalima. Međutim, kako bi se obavljale računalne operacije, superpozicija Qubita mora biti u stanju postojati u određenom vremenskom razdoblju. U kvantnoj mehanici, ovo razdoblje stabilnosti poznato je kao životni vijek koherencije. Nuklearni okretni okretnici složenih molekula mogu postići superpozicijske države s dugim suhim životnim vijekom, jer je utjecaj okoliša na nuklearne vrtnje učinkovito zaštićen.
Rijetki zemaljski ioni i molekularni kristali su dva sustava koja su korištena u kvantnoj tehnologiji. Rijetki zemaljski ioni imaju izvrsna optička i spin svojstva, ali ih je teško integriratioptički uređaji. Molekularni kristali lakše je integrirati, ali teško je uspostaviti pouzdanu vezu između spin i svjetla jer su pojasevi emisiji preširoki.
Rijetki molekularni kristali razvijeni u ovom radu uredno kombiniraju prednosti i u tome što, pod laserskom pobudom, EU³ + može emitirati fotone koji nose informacije o nuklearnom spinu. Kroz specifične laserske eksperimente može se stvoriti učinkovito sučelje optičkog/nuklearnog spina. Na temelju toga, istraživači su dalje ostvarili rješavanje razine nuklearne spinove, koherentno skladištenje fotona i izvršavanje prve kvantne operacije.
Za učinkovito kvantno računanje obično je potrebno više zapletenih qubita. Istraživači su pokazali da EU³ + u gore navedenim molekularnim kristalima može postići kvantno zaplet putem spajanja električnog polja zalutala, omogućavajući tako kvantnu obradu informacija. Budući da molekularni kristali sadrže više rijetkih zemaljskih iona, može se postići relativno visoka gustoća qubit.
Drugi zahtjev za kvantno računanje je adresabilnost pojedinih qubita. Tehnika optičkog adresiranja u ovom radu može poboljšati brzinu čitanja i spriječiti smetnje signala kruga. U usporedbi s prethodnim studijama, optička koherencija EU³ + molekularnih kristala izviještenih u ovom radu poboljšana je za oko tisuću puta, tako da se stanja nuklearnih spin-a mogu optički manipulirati na određeni način.
Optički signali također su prikladni za distribuciju kvantnih podataka na duge udaljenosti za povezivanje kvantnih računala za daljinsku kvantnu komunikaciju. Daljnje bi se razmotrilo integraciju novih molekularnih kristala EU³ + u fotonsku strukturu kako bi se poboljšao svjetlosni signal. Ovaj rad koristi rijetke molekule Zemlje kao osnovu za kvantni internet i poduzima važan korak prema budućim arhitekturama kvantne komunikacije.
Post Vrijeme: siječanj-02-2024