Tehnologia informației cuantice este o nouă tehnologie informațională bazată pe mecanica cuantică, care codifică, calculează și transmite informațiile fizice conținute înSistem cuantic. Dezvoltarea și aplicarea tehnologiei informației cuantice ne va aduce în „epoca cuantică” și va realiza o eficiență mai mare a muncii, metode de comunicare mai sigure și un stil de viață mai convenabil și mai verde.
Eficiența comunicării între sistemele cuantice depinde de capacitatea lor de a interacționa cu lumina. Cu toate acestea, este foarte dificil să găsești un material care poate profita din plin de proprietățile cuantice ale optice.
Recent, o echipă de cercetare de la Institutul de Chimie din Paris și Karlsruhe Institute of Technology a demonstrat împreună potențialul unui cristal molecular bazat pe ioni europiu de pământ rar (EU³ +) pentru aplicații în sisteme cuantice de optice. Ei au descoperit că emisia de lățime a liniei ultra-narerow a acestui cristal molecular EU³ + permite interacțiunea eficientă cu lumina și are o valoare importantă înComunicare cuanticăși calculul cuantic.
Figura 1: Comunicare cuantică bazată pe rare cristale moleculare europiu de pământ
Statele cuantice pot fi suprapuse, astfel încât informațiile cuantice pot fi suprapuse. Un singur qubit poate reprezenta simultan o varietate de stări diferite între 0 și 1, permițând procesarea datelor în paralel în loturi. Drept urmare, puterea de calcul a computerelor cuantice va crește exponențial în comparație cu computerele digitale tradiționale. Cu toate acestea, pentru a efectua operațiuni de calcul, superpoziția qubit -urilor trebuie să poată persista constant pentru o perioadă de timp. În mecanica cuantică, această perioadă de stabilitate este cunoscută sub numele de durata de viață a coerenței. Rotirile nucleare ale moleculelor complexe pot realiza stări de superpoziție cu durate de viață uscate, deoarece influența mediului asupra rotirilor nucleare este efectiv protejată.
Ionii rari de pământ și cristalele moleculare sunt două sisteme care au fost utilizate în tehnologia cuantică. Ionii de pământ rari au proprietăți optice și spin excelente, dar sunt dificil de integrat înDispozitive optice. Cristalele moleculare sunt mai ușor de integrat, dar este dificil să se stabilească o conexiune fiabilă între spin și lumină, deoarece benzile de emisie sunt prea largi.
Rarele cristale moleculare de pământ dezvoltate în această lucrare combină perfect avantajele atât prin faptul că, sub excitație laser, EU³ + poate emite fotoni care poartă informații despre spinul nuclear. Prin experimente specifice cu laser, poate fi generată o interfață de rotire optică/nucleară eficientă. Pe această bază, cercetătorii au realizat în continuare abordarea nivelului de spin nuclear, stocarea coerentă a fototonilor și executarea primei operații cuantice.
Pentru calcularea cuantică eficientă, de obicei sunt necesare mai multe qubituri încurcate. Cercetătorii au demonstrat că UE³ + în cristalele moleculare de mai sus pot obține o înțelegere cuantică prin cuplarea câmpului electric fără stăpân, permițând astfel procesarea cuantică a informațiilor. Deoarece cristalele moleculare conțin mai mulți ioni de pământ rari, se pot obține densități relativ mari de qubit.
O altă cerință pentru calculul cuantic este abordarea qubit -urilor individuale. Tehnica de adresare optică în această lucrare poate îmbunătăți viteza de citire și poate preveni interferența semnalului circuitului. În comparație cu studiile anterioare, coerența optică a cristalelor moleculare EU³ + raportate în această lucrare este îmbunătățită de aproximativ o mie de ori, astfel încât stările de spin nucleare să poată fi manipulate optic într-un mod specific.
Semnalele optice sunt, de asemenea, potrivite pentru distribuirea informațiilor cuantice cuantice pe distanțe lungi pentru a conecta computerele cuantice pentru o comunicare cuantică la distanță. Ar putea fi luată în considerare integrarea noilor cristale moleculare EU³ + în structura fotonică pentru a îmbunătăți semnalul luminos. Această lucrare folosește molecule de pământ rare ca bază pentru internetul cuantic și face un pas important către arhitecturile viitoare de comunicare cuantică.
Ora post: 02-2024 ianuarie