Kvantová informační technologie je nová informační technologie založená na kvantové mechanice, která kóduje, vypočítává a přenáší fyzikální informace obsažené vkvantový systémRozvoj a aplikace kvantových informačních technologií nás přivede do „kvantového věku“ a dosáhneme vyšší efektivity práce, bezpečnějších komunikačních metod a pohodlnějšího a ekologičtějšího životního stylu.
Účinnost komunikace mezi kvantovými systémy závisí na jejich schopnosti interagovat se světlem. Je však velmi obtížné najít materiál, který by mohl plně využít kvantových vlastností optiky.
Výzkumný tým z Chemického institutu v Paříži a Technologického institutu v Karlsruhe nedávno společně prokázal potenciál molekulárního krystalu založeného na iontech europia vzácných zemin (Eu³+) pro aplikace v kvantových optických systémech. Zjistili, že ultraúzká šířka čáry emise tohoto molekulárního krystalu Eu³+ umožňuje efektivní interakci se světlem a má důležitou hodnotu v...kvantová komunikacea kvantové výpočty.
Obrázek 1: Kvantová komunikace založená na molekulárních krystalech europia vzácných zemin
Kvantové stavy lze superponovat, a proto lze superponovat kvantové informace. Jeden qubit může současně reprezentovat řadu různých stavů mezi 0 a 1, což umožňuje paralelní dávkové zpracování dat. V důsledku toho se výpočetní výkon kvantových počítačů exponenciálně zvýší ve srovnání s tradičními digitálními počítači. 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 doba života koherence. Jaderné spiny komplexních molekul mohou dosáhnout superpozičních stavů s dlouhou suchou životností, protože vliv prostředí na jaderné spiny je účinně stíněn.
Ionty vzácných zemin a molekulární krystaly jsou dva systémy, které se používají v kvantové technologii. Ionty vzácných zemin mají vynikající optické a spinové vlastnosti, ale je obtížné je integrovat do...optická zařízeníMolekulární krystaly se snáze integrují, ale je obtížné stanovit 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 za laserové excitace může Eu³+ emitovat fotony nesoucí informaci o jaderném spinu. Prostřednictvím specifických laserových experimentů lze generovat efektivní rozhraní optického/jaderného spinu. Na tomto základě vědci dále realizovali adresování jaderných spinových úrovní, koherentní ukládání fotonů a provedení první kvantové operace.
Pro efektivní kvantové výpočty je obvykle zapotřebí více provázaných qubitů. Vědci prokázali, že Eu³+ ve výše uvedených molekulárních krystalech může dosáhnout kvantového provázání prostřednictvím vazby rozptýleného elektrického pole, což umožňuje zpracování kvantové informace. Protože molekulární krystaly obsahují více iontů vzácných zemin, lze dosáhnout relativně vysoké hustoty qubitů.
Dalším požadavkem pro kvantové výpočty je adresovatelnost jednotlivých qubitů. Technika optické adresace v této práci může zlepšit rychlost čtení a zabránit rušení signálu obvodu. Ve srovnání s předchozími studiemi je optická koherence molekulárních krystalů Eu³+ popsaných v této práci zlepšena přibližně tisíckrát, takže spinové stavy jader lze opticky manipulovat specifickým způsobem.
Optické signály jsou také vhodné pro distribuci kvantové informace na velké vzdálenosti, aby se propojily kvantové počítače pro dálkovou kvantovou komunikaci. Další pozornost by mohla být věnována integraci nových molekulárních krystalů Eu³+ do fotonické struktury pro zesílení světelného signálu. Tato práce využívá molekuly vzácných zemin jako základ kvantového internetu a činí důležitý krok směrem k budoucím architekturám kvantové komunikace.
Čas zveřejnění: 2. ledna 2024