Tehnologia informației cuantice este o nouă tehnologie a informației bazată pe mecanica cuantică, care codifică, calculează și transmite informațiile fizice conținute însistem cuantic. Dezvoltarea și aplicarea tehnologiei informației cuantice ne va aduce în „era cuantică” și vom realiza o eficiență mai mare a muncii, metode de comunicare mai sigure și un stil de viață mai convenabil și mai ecologic.
Eficiența comunicării între sistemele cuantice depinde de capacitatea acestora de a interacționa cu lumina. Cu toate acestea, este foarte dificil să găsești un material care să poată profita din plin de proprietățile cuantice ale opticei.
Recent, o echipă de cercetare de la Institutul de Chimie din Paris și Institutul de Tehnologie Karlsruhe au demonstrat împreună potențialul unui cristal molecular bazat pe ioni de europiu de pământuri rare (Eu³ +) pentru aplicații în sistemele cuantice de optică. Ei au descoperit că emisia de lățime de linie ultra-îngustă a acestui cristal molecular Eu³ + permite interacțiunea eficientă cu lumina și are o valoare importantă încomunicare cuanticăși calculul cuantic.
Figura 1: Comunicarea cuantică bazată pe cristale moleculare de europiu de pământuri rare
Stările cuantice pot fi suprapuse, deci informația cuantică poate fi suprapusă. Un singur qubit poate reprezenta simultan o varietate de stări diferite între 0 și 1, permițând ca datele să fie procesate în paralel în loturi. Ca rezultat, puterea de calcul a calculatoarelor cuantice va crește exponențial în comparație cu computerele digitale tradiționale. Totuși, pentru a efectua operații de calcul, suprapunerea qubiților trebuie să poată persista în mod constant pentru o perioadă de timp. În mecanica cuantică, această perioadă de stabilitate este cunoscută sub numele de durata de viață a coerenței. Spiri nucleare ale moleculelor complexe pot atinge stări de suprapunere cu durate lungi de viață uscate, deoarece influența mediului asupra spinurilor nucleare este protejată eficient.
Ionii de pământuri rare și cristalele moleculare sunt două sisteme care au fost folosite în tehnologia cuantică. Ionii de pământuri rare au proprietăți optice și de spin excelente, dar sunt dificil de integratdispozitive optice. Cristalele 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 pământ rar dezvoltate în această lucrare combină cu atenție avantajele ambelor prin aceea că, sub excitație cu laser, Eu³ + poate emite fotoni purtând informații despre spin nuclear. Prin experimente cu laser specifice, poate fi generată o interfață eficientă de spin optic/nuclear. Pe această bază, cercetătorii au realizat în continuare adresarea la nivel de spin nuclear, stocarea coerentă a fotonilor și executarea primei operațiuni cuantice.
Pentru calcularea cuantică eficientă, de obicei sunt necesari mai mulți qubiți încurcați. Cercetătorii au demonstrat că Eu³ + din cristalele moleculare de mai sus poate realiza încurcarea cuantică prin cuplarea câmpului electric parazit, permițând astfel procesarea informațiilor cuantice. Deoarece cristalele moleculare conțin mai mulți ioni de pământuri rare, se pot obține densități relativ mari de qubit.
O altă cerință pentru calculul cuantic este adresabilitatea qubiților individuali. Tehnica de adresare optică din această lucrare poate îmbunătăți viteza de citire și poate preveni interferența semnalului circuitului. Comparativ 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 nuclear pot fi manipulate optic într-un mod specific.
Semnalele optice sunt, de asemenea, potrivite pentru distribuția de informații cuantice la distanță lungă pentru a conecta computere cuantice pentru comunicarea cuantică la distanță. Ar putea fi luată în considerare în continuare integrarea de noi 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 viitoarele arhitecturi de comunicare cuantică.
Ora postării: 02-ian-2024