Kvantová informační technologie je nová informační technologie založená na kvantové mechanice, která kóduje, počítá a přenáší fyzikální informace obsažené vkvantový systém. Rozvoj a aplikace kvantových informačních technologií nás přivede do „kvantového věku“ a dosáhneme vyšší efektivity práce, bezpečnějších komunikačních metod a pohodlnějšího a ekologičtějšího životního stylu.
Efektivita komunikace mezi kvantovými systémy závisí na jejich schopnosti interagovat se světlem. Je však velmi obtížné najít materiál, který dokáže plně využít kvantové vlastnosti optiky.
Nedávno výzkumný tým na Ústavu chemie v Paříži a Technologickém institutu v Karlsruhe společně prokázali potenciál molekulárního krystalu založeného na iontech europia vzácných zemin (Eu³ +) pro aplikace v kvantových systémech optiky. Zjistili, že emise tohoto molekulárního krystalu Eu³ + s ultratenkou šířkou čáry umožňuje účinnou interakci se světlem a má důležitou hodnotu vkvantová komunikacea kvantové výpočty.
Obrázek 1: Kvantová komunikace založená na molekulárních krystalech europia vzácných zemin
Kvantové stavy mohou být superponovány, takže kvantové informace mohou být superponovány. Jeden qubit může současně představovat řadu různých stavů mezi 0 a 1, což umožňuje paralelní zpracování dat v dávkách. V důsledku toho se výpočetní výkon kvantových počítačů ve srovnání s tradičními digitálními počítači exponenciálně zvýší. Aby však bylo možné provádět výpočetní operace, musí být superpozice qubitů schopna stabilně přetrvávat po určitou dobu. V kvantové mechanice je toto období stability známé jako koherenční životnost. Jaderné spiny komplexních molekul mohou dosáhnout superpozičních stavů s dlouhou životností v suchu, protože vliv prostředí na jaderné spiny je účinně odstíněn.
Ionty vzácných zemin a molekulární krystaly jsou dva systémy, které byly použity v kvantové technologii. Ionty vzácných zemin mají vynikající optické a spinové vlastnosti, ale je obtížné je integrovatoptická zařízení. Molekulární krystaly se snadněji integrují, ale je obtížné vytvořit spolehlivé spojení mezi spinem a světlem, protože emisní pásma jsou příliš široká.
Molekulární krystaly vzácných zemin vyvinuté v této práci úhledně kombinují výhody obou v tom, že při laserové excitaci může Eu³ + emitovat fotony nesoucí informace o jaderném spinu. Prostřednictvím specifických laserových experimentů lze vytvořit účinné optické/jaderné spinové rozhraní. Na tomto základě vědci dále realizovali adresování úrovně jaderného spinu, koherentní ukládání fotonů a provedení první kvantové operace.
Pro efektivní kvantové výpočty je obvykle zapotřebí více zapletených qubitů. Výzkumníci prokázali, že Eu³ + ve výše uvedených molekulárních krystalech může dosáhnout kvantového provázání prostřednictvím spojování rozptylového elektrického pole, což umožňuje kvantové zpracování informací. Protože molekulární krystaly obsahují více iontů vzácných zemin, lze dosáhnout relativně vysokých qubitových hustot.
Dalším požadavkem na kvantové výpočty je adresovatelnost jednotlivých qubitů. 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 + uváděná v této práci vylepšena asi tisíckrát, takže stavy jaderného spinu lze opticky manipulovat specifickým způsobem.
Optické signály jsou také vhodné pro distribuci kvantových informací na velké vzdálenosti pro připojení kvantových počítačů pro vzdálenou kvantovou komunikaci. Další úvaha by mohla být věnována integraci nových molekulárních krystalů Eu3+ do fotonické struktury pro posílení světelného signálu. Tato práce využívá molekuly vzácných zemin jako základ pro kvantový internet a činí důležitý krok směrem k budoucí architektuře kvantové komunikace.
Čas odeslání: leden-02-2024