Η κβαντική τεχνολογία πληροφοριών είναι μια νέα τεχνολογία πληροφοριών που βασίζεται στην κβαντομηχανική, η οποία κωδικοποιεί, υπολογίζει και μεταδίδει τις φυσικές πληροφορίες που περιέχονται σεκβαντικό σύστημαΗ ανάπτυξη και η εφαρμογή της κβαντικής τεχνολογίας πληροφοριών θα μας φέρει στην «κβαντική εποχή» και θα επιτύχουμε υψηλότερη εργασιακή αποδοτικότητα, ασφαλέστερες μεθόδους επικοινωνίας και έναν πιο βολικό και πράσινο τρόπο ζωής.
Η αποτελεσματικότητα της επικοινωνίας μεταξύ κβαντικών συστημάτων εξαρτάται από την ικανότητά τους να αλληλεπιδρούν με το φως. Ωστόσο, είναι πολύ δύσκολο να βρεθεί ένα υλικό που να μπορεί να αξιοποιήσει πλήρως τις κβαντικές ιδιότητες της οπτικής.
Πρόσφατα, μια ερευνητική ομάδα στο Ινστιτούτο Χημείας στο Παρίσι και στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Καρλσρούης απέδειξαν από κοινού τις δυνατότητες ενός μοριακού κρυστάλλου που βασίζεται σε ιόντα ευρωπίου σπάνιων γαιών (Eu³+) για εφαρμογές σε κβαντικά συστήματα οπτικών. Διαπίστωσαν ότι η εξαιρετικά στενή εκπομπή πλάτους γραμμής αυτού του μοριακού κρυστάλλου Eu³+ επιτρέπει την αποτελεσματική αλληλεπίδραση με το φως και έχει σημαντική αξία στην...κβαντική επικοινωνίακαι κβαντική υπολογιστική.
Σχήμα 1: Κβαντική επικοινωνία βασισμένη σε μοριακούς κρυστάλλους ευρωπίου σπάνιων γαιών
Οι κβαντικές καταστάσεις μπορούν να επικαλυφθούν, επομένως μπορούν να επικαλυφθούν κβαντικές πληροφορίες. Ένα μόνο qubit μπορεί ταυτόχρονα να αντιπροσωπεύει μια ποικιλία διαφορετικών καταστάσεων μεταξύ 0 και 1, επιτρέποντας την παράλληλη επεξεργασία δεδομένων σε παρτίδες. Ως αποτέλεσμα, η υπολογιστική ισχύς των κβαντικών υπολογιστών θα αυξηθεί εκθετικά σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς ψηφιακούς υπολογιστές. Ωστόσο, για να εκτελεστούν υπολογιστικές λειτουργίες, η υπέρθεση των qubit πρέπει να μπορεί να διατηρείται σταθερά για ένα χρονικό διάστημα. Στην κβαντομηχανική, αυτή η περίοδος σταθερότητας είναι γνωστή ως χρόνος ζωής συνοχής. Τα πυρηνικά σπιν σύνθετων μορίων μπορούν να επιτύχουν καταστάσεις υπέρθεσης με μεγάλους χρόνους ζωής χωρίς υγρασία, επειδή η επίδραση του περιβάλλοντος στα πυρηνικά σπιν είναι αποτελεσματικά θωρακισμένη.
Τα ιόντα σπάνιων γαιών και οι μοριακοί κρύσταλλοι είναι δύο συστήματα που έχουν χρησιμοποιηθεί στην κβαντική τεχνολογία. Τα ιόντα σπάνιων γαιών έχουν εξαιρετικές οπτικές ιδιότητες και ιδιότητες σπιν, αλλά είναι δύσκολο να ενσωματωθούν σε αυτά.οπτικές συσκευέςΟι μοριακοί κρύσταλλοι είναι πιο εύκολο να ενσωματωθούν, αλλά είναι δύσκολο να δημιουργηθεί μια αξιόπιστη σύνδεση μεταξύ του σπιν και του φωτός επειδή οι ζώνες εκπομπής είναι πολύ ευρείες.
Οι μοριακοί κρύσταλλοι σπάνιων γαιών που αναπτύχθηκαν σε αυτή την εργασία συνδυάζουν άψογα τα πλεονεκτήματα και των δύο, καθώς, υπό διέγερση με λέιζερ, το Eu³+ μπορεί να εκπέμπει φωτόνια που μεταφέρουν πληροφορίες σχετικά με το πυρηνικό σπιν. Μέσω συγκεκριμένων πειραμάτων με λέιζερ, μπορεί να δημιουργηθεί μια αποτελεσματική οπτική/πυρηνική διεπαφή σπιν. Σε αυτή τη βάση, οι ερευνητές πραγματοποίησαν περαιτέρω την διευθυνσιοδότηση επιπέδου πυρηνικού σπιν, τη συνεκτική αποθήκευση φωτονίων και την εκτέλεση της πρώτης κβαντικής λειτουργίας.
Για την αποτελεσματική κβαντική υπολογιστική, συνήθως απαιτούνται πολλαπλά εμπλεκόμενα qubits. Οι ερευνητές απέδειξαν ότι το Eu³+ στους παραπάνω μοριακούς κρυστάλλους μπορεί να επιτύχει κβαντική εμπλοκή μέσω σύζευξης αδέσποτου ηλεκτρικού πεδίου, επιτρέποντας έτσι την επεξεργασία κβαντικών πληροφοριών. Επειδή οι μοριακοί κρύσταλλοι περιέχουν πολλαπλά ιόντα σπάνιων γαιών, μπορούν να επιτευχθούν σχετικά υψηλές πυκνότητες qubit.
Μια άλλη απαίτηση για την κβαντική υπολογιστική είναι η δυνατότητα διευθυνσιοδότησης μεμονωμένων qubits. Η τεχνική οπτικής διευθυνσιοδότησης σε αυτή την εργασία μπορεί να βελτιώσει την ταχύτητα ανάγνωσης και να αποτρέψει την παρεμβολή του σήματος κυκλώματος. Σε σύγκριση με προηγούμενες μελέτες, η οπτική συνοχή των μοριακών κρυστάλλων Eu³+ που αναφέρθηκε σε αυτή την εργασία έχει βελτιωθεί περίπου χίλιες φορές, έτσι ώστε οι καταστάσεις σπιν του πυρήνα να μπορούν να χειραγωγηθούν οπτικά με συγκεκριμένο τρόπο.
Τα οπτικά σήματα είναι επίσης κατάλληλα για την κατανομή κβαντικών πληροφοριών σε μεγάλες αποστάσεις, ώστε να συνδέονται κβαντικοί υπολογιστές για απομακρυσμένη κβαντική επικοινωνία. Θα μπορούσε να εξεταστεί περαιτέρω η ενσωμάτωση νέων μοριακών κρυστάλλων Eu³+ στη φωτονική δομή για την ενίσχυση του φωτεινού σήματος. Αυτή η εργασία χρησιμοποιεί μόρια σπάνιων γαιών ως βάση για το κβαντικό Διαδίκτυο και κάνει ένα σημαντικό βήμα προς τις μελλοντικές αρχιτεκτονικές κβαντικής επικοινωνίας.
Ώρα δημοσίευσης: 02 Ιανουαρίου 2024