Kvantna informacijska tehnologija je nova informacijska tehnologija, ki temelji na kvantni mehaniki, ki kodira, izračuna in prenaša fizične informacije, ki jih vsebujeKvantni sistem. Razvoj in uporaba kvantne informacijske tehnologije nas bosta pripeljala v "kvantno starost" in uresničila večjo delovno učinkovitost, varnejše komunikacijske metode ter bolj priročen in zeleni življenjski slog.
Učinkovitost komunikacije med kvantnimi sistemi je odvisna od njihove sposobnosti interakcije s svetlobo. Vendar je zelo težko najti material, ki lahko v celoti izkoristi kvantne lastnosti optičnih.
Pred kratkim je raziskovalna skupina na Inštitutu za kemijo v Parizu in tehnološki inštitut Karlsruhe skupaj pokazala potencial molekularnega kristala, ki temelji na redkih zemeljskih evropijskih ionih (EU³ +) za uporabo v kvantnih sistemih optičnih. Ugotovili so, da emisija ultra-nalete linijske širine tega molekularnega kristala EU³ + omogoča učinkovito interakcijo s svetlobo in ima pomembno vrednost vkvantna komunikacijain kvantno računalništvo.
Slika 1: Kvantna komunikacija, ki temelji na molekularnih kristalih redkih zemeljskih evropskih
Kvantna stanja je mogoče namestiti, tako da je mogoče nastaviti kvantne informacije. En sam Qubit lahko hkrati predstavlja različna stanja med 0 in 1, kar omogoča, da se podatki vzporedno obdelajo v serijah. Kot rezultat, se bo računalniška moč kvantnih računalnikov eksponentno povečala v primerjavi s tradicionalnimi digitalnimi računalniki. Vendar pa mora za izvajanje računskih operacij superpozicija Qubitov biti sposoben vztrajno vztrajati za nekaj časa. V kvantni mehaniki je to obdobje stabilnosti znano kot življenjska doba skladnosti. Jedrski vrtljaji zapletenih molekul lahko dosežejo superpozicijske stanja z dolgimi suhimi življenjskimi časi, ker je vpliv okolja na jedrske vrtljaje učinkovito zaščiten.
Redki zemeljski ioni in molekularni kristali sta dva sistema, ki se uporabljata v kvantni tehnologiji. Redki zemeljski ioni imajo odlične optične in spin lastnosti, vendar jih je težko vključitioptične naprave. Molekularne kristale je lažje integrirati, vendar je težko vzpostaviti zanesljivo povezavo med spin in svetlobo, ker so emisijski pasovi preširoki.
Redki molekularni kristali, razviti v tem delu, lepo združujejo prednosti obeh, saj lahko EU³ + pod laserskim vzbujanjem oddajajo fotone, ki nosijo informacije o jedrskem vrtenju. S posebnimi laserskimi poskusi lahko ustvarimo učinkovit optični/jedrski spin vmesnik. Na podlagi tega so raziskovalci nadalje uresničili naslavljanje jedrske ravni, skladno shranjevanje fotonov in izvedbo prve kvantne operacije.
Za učinkovito kvantno računalništvo je običajno potrebno več zapletenih Qubitov. Raziskovalci so pokazali, da lahko EU³ + v zgornjih molekularnih kristalih doseže kvantno zapletenost s potepuškim električnim poljem in tako omogoči kvantno obdelavo informacij. Ker molekularni kristali vsebujejo več redkih zemeljskih ionov, je mogoče doseči relativno visoke gostote qubita.
Druga zahteva za kvantno računalništvo je naslatnost posameznih qubitov. Tehnika optičnega naslavljanja v tem delu lahko izboljša hitrost odčitavanja in prepreči motnje signala vezja. V primerjavi s prejšnjimi študijami se optična koherenca molekulskih kristalov EU³ +, o katerih poroča v tem delu, izboljša za približno tisočkrat, tako da je mogoče jedrska vrtelna stanja optično manipulirati na določen način.
Optični signali so primerni tudi za porazdelitev kvantnih informacij na dolge razdalje za povezovanje kvantnih računalnikov za oddaljeno kvantno komunikacijo. Nadaljnje upoštevanje bi lahko dali integracijo novih molekulskih kristalov EU³ + v fotonsko strukturo, da bi izboljšali signal signala. To delo uporablja redke molekule Zemlje kot osnovo za kvantni internet in naredi pomemben korak k prihodnji kvantni komunikacijski arhitekturi.
Čas objave: januar-02-2024