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 popeljala v »kvantno dobo« in uresničila večjo delovno učinkovitost, varnejše komunikacijske metode ter udobnejši in zeleni življenjski slog.
Učinkovitost komunikacije med kvantnimi sistemi je odvisna od njihove sposobnosti interakcije s svetlobo.Vendar pa je zelo težko najti material, ki bi lahko v celoti izkoristil kvantne lastnosti optike.
Pred kratkim je raziskovalna skupina na Kemijskem inštitutu v Parizu in Tehnološkem inštitutu Karlsruhe skupaj pokazala potencial molekularnega kristala, ki temelji na redkih zemeljskih evropijevih ionih (Eu³ +), za uporabo v kvantnih optičnih sistemih.Ugotovili so, da emisija ultra ozke črte tega molekularnega kristala Eu³ + omogoča učinkovito interakcijo s svetlobo in ima pomembno vrednost prikvantna komunikacijain kvantno računalništvo.
Slika 1: Kvantna komunikacija na osnovi redkih zemeljskih molekularnih kristalov europija
Kvantna stanja se lahko prekrivajo, tako da se lahko prekrivajo kvantne informacije.Posamezen kubit lahko hkrati predstavlja vrsto različnih stanj med 0 in 1, kar omogoča vzporedno obdelavo podatkov v serijah.Zaradi tega se bo računalniška moč kvantnih računalnikov eksponentno povečala v primerjavi s tradicionalnimi digitalnimi računalniki.Za izvajanje računalniških operacij pa mora biti superpozicija kubitov sposobna vztrajati enakomerno nekaj časa.V kvantni mehaniki je to obdobje stabilnosti znano kot življenjska doba koherence.Jedrski vrtljaji kompleksnih molekul lahko dosežejo superpozicijska stanja z dolgimi suhimi življenjskimi dobami, ker je vpliv okolja na jedrske vrtljaje učinkovito zaščiten.
Ioni redkih zemelj in molekularni kristali sta dva sistema, ki sta bila uporabljena v kvantni tehnologiji.Ioni redkih zemelj imajo odlične optične in spinske lastnosti, vendar jih je težko integriratioptične naprave.Molekularne kristale je lažje integrirati, vendar je težko vzpostaviti zanesljivo povezavo med spinom in svetlobo, ker so emisijski pasovi preširoki.
Molekularni kristali redkih zemelj, razviti v tem delu, lepo združujejo prednosti obeh v tem, da lahko Eu³ + pod laserskim vzbujanjem oddaja fotone, ki prenašajo informacije o jedrskem vrtenju.S posebnimi laserskimi poskusi je mogoče ustvariti učinkovit optični/jedrski spinski vmesnik.Na tej podlagi so raziskovalci nadalje uresničili naslavljanje ravni jedrskega vrtenja, koherentno shranjevanje fotonov in izvedbo prve kvantne operacije.
Za učinkovito kvantno računalništvo je običajno potrebnih več zapletenih kubitov.Raziskovalci so dokazali, da lahko Eu³ + v zgornjih molekularnih kristalih doseže kvantno prepletenost s sklopitvijo potepuškega električnega polja in tako omogoči kvantno obdelavo informacij.Ker molekularni kristali vsebujejo več ionov redkih zemelj, je mogoče doseči relativno visoke gostote kubitov.
Druga zahteva za kvantno računalništvo je naslovljivost posameznih kubitov.Tehnika optičnega naslavljanja v tem delu lahko izboljša hitrost branja in prepreči motnje signala vezja.V primerjavi s prejšnjimi študijami je optična koherenca molekularnih kristalov Eu³ +, o katerih poroča to delo, izboljšana za približno tisočkrat, tako da je mogoče jedrska spinska stanja optično manipulirati na specifičen način.
Optični signali so primerni tudi za distribucijo kvantnih informacij na dolge razdalje za povezovanje kvantnih računalnikov za oddaljeno kvantno komunikacijo.Dodatno bi lahko razmislili o integraciji novih molekularnih kristalov Eu³ + v fotonsko strukturo za izboljšanje svetlobnega signala.To delo uporablja molekule redkih zemelj kot osnovo za kvantni internet in naredi pomemben korak k prihodnjim arhitekturam kvantne komunikacije.
Čas objave: Jan-02-2024