Квантна информациона технологија је нова информациона технологија заснована на квантној механици, која кодира, израчунава и преноси физичке информације садржане уквантни систем.Развој и примена квантне информационе технологије довешће нас у „квантно доба“ и оствариће већу радну ефикасност, сигурније методе комуникације и погоднији и зеленији начин живота.
Ефикасност комуникације између квантних система зависи од њихове способности интеракције са светлошћу.Међутим, веома је тешко пронаћи материјал који може у потпуности искористити квантна својства оптичког.
Недавно је истраживачки тим на Институту за хемију у Паризу и Технолошком институту у Карлсруеу заједно демонстрирао потенцијал молекуларног кристала заснованог на јонима ретких земаља европијума (Еу³ +) за примену у квантним системима оптичких уређаја.Открили су да емисија ултра уске ширине линије овог Еу³ + молекуларног кристала омогућава ефикасну интеракцију са светлошћу и има важну вредност уквантна комуникацијаи квантно рачунарство.
Слика 1: Квантна комуникација заснована на молекуларним кристалима ретких земаља европијума
Квантна стања могу бити суперпонирана, тако да се квантна информација може суперпонирати.Један кубит може истовремено представљати низ различитих стања између 0 и 1, омогућавајући да се подаци обрађују паралелно у серијама.Као резултат тога, рачунарска снага квантних рачунара ће се експоненцијално повећати у поређењу са традиционалним дигиталним рачунарима.Међутим, да би се извршиле рачунске операције, суперпозиција кубита мора бити способна да постојано постоја у одређеном временском периоду.У квантној механици, овај период стабилности је познат као животни век кохеренције.Нуклеарни спинови сложених молекула могу постићи стања суперпозиције са дугим сувим животним веком јер је утицај средине на нуклеарне спинове ефикасно заштићен.
Јони ретких земаља и молекуларни кристали су два система која су коришћена у квантној технологији.Јони ретких земаља имају одлична оптичка и спинска својства, али их је тешко интегрисатиоптички уређаји.Молекуларне кристале је лакше интегрисати, али је тешко успоставити поуздану везу између спина и светлости јер су емисионе траке прешироке.
Молекуларни кристали ретких земаља развијени у овом раду уредно комбинују предности оба у томе што, под ласерском ексцитацијом, Еу³ + може емитовати фотоне који носе информације о нуклеарном спину.Кроз специфичне ласерске експерименте, може се створити ефикасан оптички/нуклеарни спин интерфејс.На основу тога, истраживачи су даље реализовали адресирање нивоа нуклеарног спина, кохерентно складиштење фотона и извршење прве квантне операције.
За ефикасно квантно рачунање, обично је потребно више заплетених кубита.Истраживачи су показали да Еу³ + у горњим молекуларним кристалима може постићи квантно заплетање кроз залутало спајање електричног поља, омогућавајући тако квантну обраду 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 сметње сигнала кола.У поређењу са претходним студијама, оптичка кохерентност Еу³ + молекуларних кристала пријављених у овом раду је побољшана за око хиљаду пута, тако да се стањима нуклеарног спина може оптички манипулисати на специфичан начин.
Оптички сигнали су такође погодни за дистрибуцију квантних информација на велике удаљености за повезивање квантних рачунара за даљинску квантну комуникацију.Даље разматрање би се могло посветити интеграцији нових Еу³ + молекуларних кристала у фотонску структуру да би се побољшао светлосни сигнал.Овај рад користи молекуле ретких земаља као основу за квантни интернет и чини важан корак ка будућим квантним комуникационим архитектурама.
Време поста: Јан-02-2024