Quantum Information Technology je nová informační technologie založená na kvantové mechanice, která kóduje, vypočítá a přenáší fyzické informace obsažené vkvantový systém. Vývoj a použití kvantových informačních technologií nás přivede do „kvantového věku“ a uvědomí si vyšší efektivitu práce, bezpečnější komunikační metody a pohodlnější a zelenější životní styl.
Účinnost komunikace mezi kvantovými systémy závisí na jejich schopnosti interagovat se světlem. Je však velmi obtížné najít materiál, který může plně využít kvantových vlastností optických.
Nedávno výzkumný tým na Institutu chemie v Paříži a Karlsruhe Institute of Technology společně prokázal potenciál molekulárního krystalu založený na iontách Europium Europium (EU³ +) pro aplikace v kvantových systémech optických. Zjistili, že emise ultra-zárodečné linie tohoto molekulárního krystalu EU³ + umožňuje účinnou interakci se světlem a má důležitou hodnotu vKvantová komunikacea kvantové výpočetní techniky.
Obrázek 1: Kvantová komunikace založená na molekulárních krystalech Europium Europium Europium
Kvantové stavy mohou být překrývány, takže kvantové informace lze překrývat. Jeden qubit může současně představovat řadu různých stavů mezi 0 a 1, což umožňuje zpracování dat paralelně v dávkách. Výsledkem je, že výpočetní síla kvantových počítačů se exponenciálně zvýší ve srovnání s tradičními digitálními počítači. Aby však bylo možné provádět výpočetní operace, musí být superpozice qubitů schopna po určitou dobu trvale přetrvávat. V kvantové mechanice je toto období stability známé jako životnost koherence. Jaderná točení složitých molekul mohou dosáhnout superpozičních stavů s dlouhou životností suchou, protože vliv prostředí na jaderné otočení je účinně chráněn.
Ionty vzácných zemin a molekulární krystaly jsou dva systémy, které se používají v kvantové technologii. Ionty vzácných zemin mají vynikající optické a spinované vlastnosti, ale je obtížné je integrovatoptická zařízení. Molekulární krystaly se snadněji integrují, ale je obtížné vytvořit spolehlivé spojení mezi rotací a světlem, protože emisní pásy jsou příliš široké.
Molekulární krystaly vzácných zemin vyvinuté v této práci úhledně kombinují výhody obou v tom, že pod laserovým excitací může EU³ + emitovat fotony nesoucí informace o jaderné rotaci. Prostřednictvím specifických laserových experimentů lze generovat účinné optické/jaderné rozhraní. Na tomto základě si vědci dále realizovali adresování úrovně jaderné rotace, koherentní skladování fotonů a provedení první kvantové operace.
Pro efektivní kvantové výpočetní techniky se obvykle vyžaduje více zapletených qubits. Vědci prokázali, že EU³ + ve výše uvedených molekulárních krystalech může dosáhnout kvantového zapletení pomocí zbloudilého spojení elektrického pole, což umožňuje zpracování kvantových informací. Protože molekulární krystaly obsahují více iontů vzácných zemin, lze dosáhnout relativně vysokých hustot qubit.
Dalším požadavkem na kvantové výpočet je adresovatelnost jednotlivých qubits. Technika optického adresování v této práci může zlepšit rychlost čtení a zabránit rušení signálu obvodu. Ve srovnání s předchozími studiemi je optická koherence molekulárních krystalů EU³ + v této práci vylepšena asi tisíckrát, takže stavy jaderné spiny mohou být opticky manipulovány specifickým způsobem.
Optické signály jsou také vhodné pro kvantovou distribuci informací na dlouhé vzdálenosti pro připojení kvantových počítačů pro vzdálenou kvantovou komunikaci. Dalším zvážením by mohlo být zváženo integraci nových molekulárních krystalů EU³ + do fotonické struktury, aby se zvýšil světelný signál. Tato práce používá molekuly vzácných zemin jako základ pro kvantový internet a podniká důležitý krok k budoucím kvantovým komunikačním architekturám.
Čas příspěvku: leden-02-2024