Tehnologia informației cuantice este o nouă tehnologie informațională bazată pe mecanica cuantică, care codifică, calculează și transmite informațiile fizice conținute în...sistem cuanticDezvoltarea și aplicarea tehnologiei informației cuantice ne va aduce în „era cuantică” și va realiza o eficiență a muncii mai mare, metode de comunicare mai sigure și un stil de viață mai convenabil și mai ecologic.
Eficiența comunicării dintre sistemele cuantice depinde de capacitatea lor de a interacționa cu lumina. Cu toate acestea, este foarte dificil să se găsească un material care să poată profita din plin de proprietățile cuantice ale opticii.
Recent, o echipă de cercetare de la Institutul de Chimie din Paris și de la Institutul de Tehnologie din Karlsruhe a demonstrat împreună potențialul unui cristal molecular bazat pe ioni de europiu (Eu³+) din pământuri rare pentru aplicații în sisteme optice cuantice. Aceștia au descoperit că emisia cu lățime de linie ultra-îngustă a acestui cristal molecular de Eu³+ permite o interacțiune eficientă cu lumina și are o valoare importantă în...comunicare cuanticăși calculul cuantic.
Figura 1: Comunicare cuantică bazată pe cristale moleculare de europiu din pământuri rare
Stările 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, suprapunerea qubitilor trebuie să poată persista constant o perioadă de timp. În mecanica cuantică, această perioadă de stabilitate este cunoscută sub numele de durata de viață a coerenței. Spinii nucleari ai moleculelor complexe pot atinge stări de superpoziție cu durate de viață lungi, deoarece influența mediului asupra spinilor nucleari este protejată eficient.
Ionii de pământuri rare și cristalele moleculare sunt două sisteme care au fost utilizate în tehnologia cuantică. Ionii de pământuri rare au proprietăți optice și de spin excelente, dar sunt dificil de integrat în...dispozitive opticeCristalele moleculare sunt mai ușor de integrat, dar este dificil să se stabilească o legătură fiabilă între spin și lumină deoarece benzile de emisie sunt prea largi.
Cristalele moleculare de pământuri rare dezvoltate în această lucrare combină perfect avantajele ambelor, prin faptul că, sub excitație laser, Eu³+ poate emite fotoni care transportă informații despre spinul nuclear. Prin experimente laser specifice, poate fi generată o interfață eficientă optic/spin nuclear. Pe această bază, cercetătorii au realizat în continuare adresarea la nivel de spin nuclear, stocarea coerentă a fotonilor și executarea primei operații cuantice.
Pentru un calcul cuantic eficient, sunt de obicei necesari mai mulți qubiți înlănțuiți. Cercetătorii au demonstrat că Eu³+ din cristalele moleculare de mai sus poate realiza înlănțuirea cuantică prin cuplare cu câmp electric parazit, permițând astfel procesarea informațiilor cuantice. Deoarece cristalele moleculare conțin mai mulți ioni de pământuri rare, se pot obține densități de qubiți relativ mari.
O altă cerință pentru calculul cuantic este adresabilitatea qubiților individuali. Tehnica de adresare optică utilizată în această lucrare poate îmbunătăți viteza de citire și poate preveni interferența semnalului circuitului. Comparativ cu studiile anterioare, coerența optică a cristalelor moleculare de Eu³+ raportată în această lucrare este îmbunătățită de aproximativ o mie de ori, astfel încât stările de spin nuclear pot fi manipulate optic într-un mod specific.
Semnalele optice sunt potrivite și pentru distribuția informațiilor cuantice la distanță lungă, pentru a conecta computerele cuantice în scopul comunicării cuantice la distanță. Ar putea fi luată în considerare și integrarea unor noi cristale moleculare de Eu³+ în structura fotonică pentru a îmbunătăți semnalul luminos. Această lucrare folosește molecule de pământuri rare ca bază pentru internetul cuantic și face un pas important către viitoarele arhitecturi de comunicații cuantice.
Data publicării: 02-01-2024