Kvantna informacijska tehnologija nova je informacijska tehnologija temeljena na kvantnoj mehanici, koja kodira, izračunava i prenosi fizičke informacije sadržane ukvantni sustav.Razvoj i primjena kvantne informacijske tehnologije uvest će nas u „kvantno doba“, te ostvariti veću radnu učinkovitost, sigurnije načine komunikacije te praktičniji i zeleniji način 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 optička svojstva.
Nedavno je istraživački tim na Institutu za kemiju u Parizu i Tehnološkom institutu u Karlsruheu zajedno demonstrirao potencijal molekularnog kristala temeljenog na ionima europija rijetke zemlje (Eu³+) za primjenu u kvantnim optičkim sustavima.Otkrili su da emisija ultrauske širine linije ovog Eu³ + molekularnog kristala omogućuje učinkovitu interakciju sa svjetlom i ima važnu vrijednost ukvantna komunikacijai kvantno računalstvo.
Slika 1: Kvantna komunikacija temeljena na molekularnim kristalima europija rijetke zemlje
Kvantna stanja se mogu superponirati, tako da se kvantna informacija može superponirati.Jedan qubit 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, kako bi se izvršile računalne operacije, superpozicija kubita mora postojati postojano neko vrijeme.U kvantnoj mehanici ovo razdoblje stabilnosti poznato je kao životni vijek koherencije.Nuklearni spinovi složenih molekula mogu postići superpozicijska stanja s dugim suhim vijekom trajanja jer je utjecaj okoline na nuklearne spinove učinkovito zaštićen.
Ioni rijetkih zemalja i molekularni kristali dva su sustava koji se koriste u kvantnoj tehnologiji.Ioni rijetkih zemalja imaju izvrsna optička i spinska svojstva, ali ih je teško integriratioptički uređaji.Molekularne kristale lakše je integrirati, ali je teško uspostaviti pouzdanu vezu između spina i svjetlosti jer su vrpce emisije preširoke.
Molekularni kristali rijetke zemlje razvijeni u ovom radu lijepo kombiniraju prednosti oba u tome što, pod laserskom ekscitacijom, Eu³ + može emitirati fotone koji nose informacije o nuklearnom spinu.Kroz specifične laserske pokuse, može se generirati učinkovito optičko/nuklearno spin sučelje.Na temelju toga, istraživači su dalje realizirali adresiranje nuklearne spinske razine, koherentno pohranjivanje fotona i izvršenje prve kvantne operacije.
Za učinkovito kvantno računalstvo obično je potrebno više isprepletenih kubita.Istraživači su pokazali da Eu³ + u gore navedenim molekularnim kristalima može postići kvantnu isprepletenost putem spajanja zalutalog električnog polja, čime se omogućuje kvantna obrada informacija.Budući da molekularni kristali sadrže više iona rijetkih zemalja, mogu se postići relativno visoke gustoće kubita.
Drugi zahtjev za kvantno računalstvo je adresabilnost pojedinačnih kubita.Tehnika optičkog adresiranja u ovom radu može poboljšati brzinu čitanja i spriječiti interferenciju signala kruga.U usporedbi s prijašnjim istraživanjima, optička koherencija molekularnih kristala Eu³ + o kojoj se govori u ovom radu poboljšana je oko tisuću puta, tako da se nuklearnim spinskim stanjima može optički manipulirati na specifičan način.
Optički signali također su prikladni za distribuciju kvantnih informacija na velike udaljenosti za povezivanje kvantnih računala za kvantnu komunikaciju na daljinu.Dodatno bi se moglo razmotriti integracija novih molekularnih kristala Eu³ + u fotonsku strukturu kako bi se poboljšao svjetlosni signal.Ovaj rad koristi molekule rijetke zemlje kao osnovu za kvantni internet i čini važan korak prema budućim arhitekturama kvantne komunikacije.
Vrijeme objave: 02. siječnja 2024