Η κβαντική τεχνολογία πληροφοριών είναι μια νέα τεχνολογία πληροφοριών που βασίζεται στην κβαντομηχανική, η οποία κωδικοποιεί, υπολογίζει και μεταδίδει τις φυσικές πληροφορίες που περιέχονται στοκβαντικό σύστημα. Η ανάπτυξη και η εφαρμογή της κβαντικής τεχνολογίας πληροφοριών θα μας φέρει στην «κβαντική εποχή» και θα συνειδητοποιήσουμε υψηλότερη απόδοση εργασίας, πιο ασφαλείς μεθόδους επικοινωνίας και 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 εκμεταλλευτεί πλήρως τις κβαντικές ιδιότητες των οπτικών.
Πρόσφατα, μια ερευνητική ομάδα στο Ινστιτούτο Χημείας στο Παρίσι και το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καρλσρούης απέδειξαν μαζί τη δυνατότητα ενός μοριακού κρυστάλλου που βασίζεται σε ιόντα ευρωπίου σπανίων γαιών (Eu³ +) για εφαρμογές σε κβαντικά συστήματα οπτικών. Διαπίστωσαν ότι η εκπομπή εξαιρετικά στενού εύρους γραμμής αυτού του μοριακού κρυστάλλου Eu³ + επιτρέπει την αποτελεσματική αλληλεπίδραση με το φως και έχει σημαντική αξία σεκβαντική επικοινωνίακαι κβαντικών υπολογιστών.
Εικόνα 1: Κβαντική επικοινωνία βασισμένη σε μοριακούς κρυστάλλους ευρωπίου σπανίων γαιών
Οι κβαντικές καταστάσεις μπορούν να υπερτίθενται, επομένως οι κβαντικές πληροφορίες μπορούν να υπερτίθενται. Ένα μόνο qubit μπορεί ταυτόχρονα να αντιπροσωπεύει μια ποικιλία διαφορετικών καταστάσεων μεταξύ 0 και 1, επιτρέποντας την παράλληλη επεξεργασία των 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 πράξεις, η υπέρθεση των qubits πρέπει να μπορεί να παραμείνει σταθερά για μια χρονική περίοδο. Στην κβαντομηχανική, αυτή η περίοδος σταθερότητας είναι γνωστή ως η διάρκεια ζωής της συνοχής. Τα πυρηνικά σπιν σύνθετων μορίων μπορούν να επιτύχουν καταστάσεις υπέρθεσης με μακρούς χρόνους ξηρής ζωής επειδή η επίδραση του περιβάλλοντος στα πυρηνικά σπιν προστατεύεται αποτελεσματικά.
Τα ιόντα σπανίων γαιών και οι μοριακοί κρύσταλλοι είναι δύο συστήματα που έχουν χρησιμοποιηθεί στην κβαντική τεχνολογία. Τα ιόντα σπανίων γαιών έχουν εξαιρετικές οπτικές ιδιότητες και ιδιότητες περιστροφής, αλλά είναι δύσκολο να ενσωματωθούνοπτικές συσκευές. Οι μοριακοί κρύσταλλοι είναι ευκολότερο να ενσωματωθούν, αλλά είναι δύσκολο να δημιουργηθεί μια αξιόπιστη σύνδεση μεταξύ σπιν και φωτός επειδή οι ζώνες εκπομπής είναι πολύ μεγάλες.
Οι μοριακοί κρύσταλλοι σπάνιων γαιών που αναπτύχθηκαν σε αυτό το έργο συνδυάζουν 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 λέιζερ, μπορεί να δημιουργηθεί μια αποτελεσματική διεπαφή οπτικού/πυρηνικού σπιν. Σε αυτή τη βάση, οι ερευνητές συνειδητοποίησαν περαιτέρω τη διευθυνσιοδότηση επιπέδου πυρηνικής σπιν, τη συνεκτική αποθήκευση φωτονίων και την εκτέλεση της πρώτης κβαντικής λειτουργίας.
Για αποτελεσματικούς κβαντικούς υπολογισμούς, απαιτούνται συνήθως πολλαπλά μπερδεμένα qubits. Οι ερευνητές απέδειξαν ότι το Eu³ + στους παραπάνω μοριακούς κρυστάλλους μπορεί να επιτύχει κβαντική εμπλοκή μέσω σύζευξης αδέσποτων ηλεκτρικών πεδίων, 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 τον κβαντικό υπολογισμό είναι η δυνατότητα διεύθυνσης μεμονωμένων qubits. Η τεχνική οπτικής διευθυνσιοδότησης σε αυτή την εργασία μπορεί να βελτιώσει την ταχύτητα ανάγνωσης και να αποτρέψει την παρεμβολή του σήματος του κυκλώματος. Σε σύγκριση με προηγούμενες μελέτες, η οπτική συνοχή των μοριακών κρυστάλλων Eu³ + που αναφέρεται σε αυτή την εργασία βελτιώνεται κατά περίπου χίλιες φορές, έτσι ώστε οι καταστάσεις πυρηνικού σπιν να μπορούν να χειριστούν οπτικά με συγκεκριμένο τρόπο.
Τα οπτικά σήματα είναι επίσης κατάλληλα για διανομή κβαντικών πληροφοριών σε μεγάλες αποστάσεις για τη σύνδεση κβαντικών υπολογιστών 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: Ιαν-02-2024