Kvantna informacijska tehnologija je nova informacijska tehnologija temeljena na kvantnoj mehanici koja kodira, izračunava i prenosi fizičke informacije sadržane ukvantni sustavRazvoj i primjena kvantne informacijske tehnologije uvest će nas u „kvantno doba“ i ostvariti veću radnu učinkovitost, sigurnije metode komunikacije te praktičniji i zeleniji način života.
Učinkovitost komunikacije između kvantnih sustava ovisi o njihovoj sposobnosti interakcije sa svjetlošću. Međutim, vrlo je teško pronaći materijal koji može u potpunosti iskoristiti kvantna svojstva optike.
Nedavno je istraživački tim na Kemijskom institutu u Parizu i Tehnološkom institutu Karlsruhe zajedno pokazao potencijal molekularnog kristala temeljenog na rijetkim zemnim europijevim ionima (Eu³+) za primjenu u kvantnim optičkim sustavima. Otkrili su da ultra-uska širina linije emisije ovog molekularnog kristala Eu³+ omogućuje učinkovitu interakciju sa svjetlošću i ima važnu vrijednost u...kvantna komunikacijai kvantno računarstvo.
Slika 1: Kvantna komunikacija temeljena na molekularnim kristalima rijetkih zemalja europija
Kvantna stanja mogu se superponirati, pa se kvantne informacije mogu superponirati. Jedan kubit može istovremeno predstavljati niz različitih stanja između 0 i 1, omogućujući paralelnu obradu podataka u serijama. Kao rezultat toga, računalna snaga kvantnih računala eksponencijalno će se povećati u usporedbi s tradicionalnim digitalnim računalima. Međutim, da bi se izvodile računalne operacije, superpozicija kubita mora biti u stanju postojano trajati određeno vrijeme. U kvantnoj mehanici, ovo razdoblje stabilnosti poznato je kao koherentni vijek trajanja. Nuklearni spinovi složenih molekula mogu postići stanja superpozicije s dugim suhim vijekom trajanja jer je utjecaj okoline na nuklearne spinove učinkovito zaštićen.
Rijetkozemni ioni i molekularni kristali su dva sustava koja se koriste u kvantnoj tehnologiji. Rijetkozemni ioni imaju izvrsna optička i spinska svojstva, ali ih je teško integrirati uoptički uređajiMolekularne kristale je lakše integrirati, ali je teško uspostaviti pouzdanu vezu između spina i svjetlosti jer su emisijski pojasevi preširoki.
Molekularni kristali rijetkih zemalja razvijeni u ovom radu uredno kombiniraju prednosti obaju elemenata, odnosno Eu³+, pod utjecajem laserske ekscitacije, može emitirati fotone koji nose informacije o nuklearnom spinu. Specifičnim laserskim eksperimentima može se generirati učinkovito optičko/nuklearno spin sučelje. Na temelju toga, istraživači su dalje ostvarili adresiranje na razini nuklearnog spina, koherentno pohranjivanje fotona i izvršavanje prve kvantne operacije.
Za učinkovito kvantno računanje obično je potrebno više isprepletenih kubita. Istraživači su pokazali da Eu³+ u gore navedenim molekularnim kristalima može postići kvantno isprepletenost putem spajanja zalutalih električnih polja, omogućujući tako obradu kvantnih informacija. Budući da molekularni kristali sadrže više rijetkih zemalja, mogu se postići relativno visoke gustoće kubita.
Još jedan zahtjev za kvantno računanje je adresabilnost pojedinačnih kubita. Tehnika optičkog adresiranja u ovom radu može poboljšati brzinu čitanja i spriječiti interferenciju signala kruga. U usporedbi s prethodnim studijama, optička koherencija molekularnih kristala Eu³+ opisana u ovom radu poboljšana je za oko tisuću puta, tako da se stanja nuklearnog spina mogu optički manipulirati na specifičan način.
Optički signali su također prikladni za distribuciju kvantnih informacija na velike udaljenosti kako bi se povezala kvantna računala za daljinsku kvantnu komunikaciju. Daljnje razmatranje moglo bi se posvetiti integraciji novih molekularnih kristala Eu³+ u fotonsku strukturu radi poboljšanja svjetlosnog signala. Ovaj rad koristi molekule rijetkih zemalja kao osnovu za kvantni internet i čini važan korak prema budućim arhitekturama kvantne komunikacije.
Vrijeme objave: 02.01.2024.