Квантна информациона технологија је нова информациона технологија заснована на квантној механици, која кодира, израчунава и преноси физичке информације садржане уквантни системРазвој и примена квантне информационе технологије увешће нас у „квантно доба“ и остварити већу радну ефикасност, безбедније методе комуникације и практичнији и еколошки прихватљивији начин живота.
Ефикасност комуникације између квантних система зависи од њихове способности да интерагују са светлошћу. Међутим, веома је тешко пронаћи материјал који може у потпуности искористити квантна својства оптике.
Недавно је истраживачки тим на Институту за хемију у Паризу и Технолошком институту Карлсруе заједно демонстрирао потенцијал молекуларног кристала заснованог на јонима ретких земаља европијума (Eu³+) за примену у квантним системима оптике. Открили су да ултрауска ширина линије емисије овог молекуларног кристала Eu³+ омогућава ефикасну интеракцију са светлошћу и има важну вредност у...квантна комуникацијаи квантно рачунарство.
Слика 1: Квантна комуникација заснована на молекуларним кристалима ретких земних елемената европијума
Квантна стања се могу суперпонирати, тако да се квантне информације могу суперпонирати. Један кубит може истовремено представљати низ различитих стања између 0 и 1, омогућавајући паралелну обраду података у серијама. Као резултат тога, рачунарска снага квантних рачунара ће се експоненцијално повећавати у поређењу са традиционалним дигиталним рачунарима. Међутим, да би се обављале рачунарске операције, суперпозиција кубита мора бити у стању да се одржи стабилно током одређеног временског периода. У квантној механици, овај период стабилности је познат као време кохерентности. Нуклеарни спинови сложених молекула могу постићи стања суперпозиције са дугим сувим животним веком јер је утицај околине на нуклеарне спинове ефикасно заштићен.
Јони ретких земаља и молекуларни кристали су два система која се користе у квантној технологији. Јони ретких земаља имају одлична оптичка и спинска својства, али их је тешко интегрисати уоптички уређајиМолекуларни кристали се лакше интегришу, али је тешко успоставити поуздану везу између спина и светлости јер су емисионе траке прешироке.
Молекуларни кристали ретких земаља развијени у овом раду лепо комбинују предности оба елемента, јер под ласерским побуђивањем, Eu³+ може емитовати фотоне који носе информације о нуклеарном спину. Кроз специфичне ласерске експерименте може се генерисати ефикасан оптички/нуклеарни спински интерфејс. На основу тога, истраживачи су даље остварили адресирање нивоа нуклеарног спина, кохерентно складиштење фотона и извршавање прве квантне операције.
За ефикасно квантно рачунарство обично је потребно више испреплетаних кубита. Истраживачи су показали да Eu³+ у горе наведеним молекуларним кристалима може постићи квантно испреплетање путем спрезања залуталих електричних поља, омогућавајући тако обраду квантних информација. Пошто молекуларни кристали садрже више јона ретких земаља, могу се постићи релативно високе густине кубита.
Још један захтев за квантно рачунарство је адресабилност појединачних кубита. Техника оптичког адресирања у овом раду може побољшати брзину читања и спречити интерференцију сигнала кола. У поређењу са претходним студијама, оптичка кохерентност молекуларних кристала Eu³+ пријављених у овом раду је побољшана за око хиљаду пута, тако да се спинска стања једра могу оптички манипулисати на специфичан начин.
Оптички сигнали су такође погодни за дистрибуцију квантних информација на велике удаљености како би се повезали квантни рачунари за даљинску квантну комуникацију. Даље разматрање би могло бити посвећено интеграцији нових молекуларних кристала Eu³+ у фотонску структуру ради побољшања светлосног сигнала. Овај рад користи молекуле ретких земних елемената као основу за квантни интернет и чини важан корак ка будућим архитектурама квантне комуникације.
Време објаве: 02. јануар 2024.