Η κβαντική τεχνολογία πληροφοριών είναι μια νέα τεχνολογία πληροφοριών που βασίζεται στην κβαντική μηχανική, η οποία κωδικοποιεί, υπολογίζει και μεταδίδει τις φυσικές πληροφορίες που περιέχονται στοκβαντικό σύστημα. Η ανάπτυξη και η εφαρμογή της κβαντικής τεχνολογίας των πληροφοριών θα μας φέρει στην "κβαντική εποχή" και θα πραγματοποιήσουμε υψηλότερη απόδοση εργασίας, πιο ασφαλείς μεθόδους επικοινωνίας και πιο βολικό και πράσινο τρόπο ζωής.
Η αποτελεσματικότητα της επικοινωνίας μεταξύ των κβαντικών συστημάτων εξαρτάται από την ικανότητά τους να αλληλεπιδρούν με το φως. Ωστόσο, είναι πολύ δύσκολο να βρεθεί ένα υλικό που μπορεί να επωφεληθεί πλήρως από τις κβαντικές ιδιότητες του οπτικού.
Πρόσφατα, μια ερευνητική ομάδα στο Ινστιτούτο Χημείας στο Παρίσι και στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας Karlsruhe έδειξε μαζί το δυναμικό ενός μοριακού κρυστάλλου που βασίζεται σε ιόντα ευρωπαϊκής γης (EU3 +) για εφαρμογές σε κβαντικά συστήματα οπτικών. Διαπίστωσαν ότι η εκπομπή LINEWIDTH ULTRA-NARROW αυτούκβαντική επικοινωνίακαι κβαντική πληροφορική.
Εικόνα 1: Κβαντική επικοινωνία βασισμένη σε μοριακούς κρυστάλλους σπάνιων γαιών Europium
Οι κβαντικές καταστάσεις μπορούν να επικαλυφθούν, έτσι ώστε οι κβαντικές πληροφορίες να μπορούν να επικαλυφθούν. Ένα μόνο qubit μπορεί ταυτόχρονα να αντιπροσωπεύει μια ποικιλία διαφορετικών καταστάσεων μεταξύ 0 και 1, επιτρέποντας την επεξεργασία δεδομένων παράλληλα σε παρτίδες. Ως αποτέλεσμα, η υπολογιστική ισχύς των κβαντικών υπολογιστών θα αυξηθεί εκθετικά σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς ψηφιακούς υπολογιστές. Ωστόσο, προκειμένου να εκτελεστούν υπολογιστικές λειτουργίες, η υπέρθεση των qubits πρέπει να είναι σε θέση να επιμείνει σταθερά για μια χρονική περίοδο. Στην κβαντική μηχανική, αυτή η περίοδος σταθερότητας είναι γνωστή ως ζωή συνοχής. Οι πυρηνικές περιστροφές σύνθετων μορίων μπορούν να επιτύχουν καταστάσεις υπέρθεσης με μακρές ξηρές ζωές, επειδή η επίδραση του περιβάλλοντος στις πυρηνικές περιστροφές 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 και περιστροφικές ιδιότητες, αλλά είναι δύσκολο να ενσωματωθούνοπτικές συσκευές. Οι μοριακοί κρύσταλλοι είναι ευκολότερο να ενσωματωθούν, αλλά είναι δύσκολο να δημιουργηθεί μια αξιόπιστη σύνδεση μεταξύ περιστροφής και φωτός, επειδή οι ζώνες εκπομπής είναι πολύ μεγάλες.
Οι μοριακοί κρυστάλλοι σπάνιων γαιών που αναπτύχθηκαν σε αυτό το έργο συνδυάζουν τα πλεονεκτήματα και των δύο σε αυτό, κάτω από τη διέγερση με λέιζερ, το Eu3 + μπορεί να εκπέμπει φωτόνια που μεταφέρουν πληροφορίες σχετικά με την πυρηνική περιστροφή. Μέσα από συγκεκριμένα πειράματα λέιζερ, μπορεί να δημιουργηθεί μια αποτελεσματική διεπαφή οπτικής/πυρηνικής περιστροφής. Σε αυτή τη βάση, οι ερευνητές πραγματοποίησαν περαιτέρω την αντιμετώπιση του επιπέδου πυρηνικής περιστροφής, τη συνεκτική αποθήκευση των φωτονίων και την εκτέλεση της πρώτης κβαντικής λειτουργίας.
Για αποτελεσματική κβαντική υπολογιστική, συνήθως απαιτούνται πολλαπλά εμπλεγμένα qubits. Οι ερευνητές κατέδειξαν ότι η Eu3 + στους παραπάνω μοριακούς κρυστάλλους μπορεί να επιτύχει κβαντική εμπλοκή μέσω αδέσποτου ζεύγους 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 κβαντική πληροφορική είναι η ικανότητα διευθύνσεων των μεμονωμένων qubits. Η τεχνική οπτικής διεύθυνσης σε αυτό το έργο μπορεί να βελτιώσει την ταχύτητα ανάγνωσης και να αποτρέψει την παρεμβολή του σήματος κυκλώματος. Σε σύγκριση με τις προηγούμενες μελέτες, η οπτική συνοχή των μοριακών κρυστάλλων Eu3 + που αναφέρονται σε αυτό το έργο βελτιώνεται κατά περίπου χιλιάδες φορές, έτσι ώστε οι καταστάσεις πυρηνικής περιστροφής να μπορούν να χειρίζονται οπτικά με συγκεκριμένο τρόπο.
Τα οπτικά σήματα είναι επίσης κατάλληλα για διανομή κβαντικών πληροφοριών μεγάλων αποστάσεων για τη σύνδεση των κβαντικών υπολογιστών για την απομακρυσμένη κβαντική επικοινωνία. Θα μπορούσε να δοθεί περαιτέρω εξέταση στην ενσωμάτωση νέων μοριακών κρυστάλλων Eu3 + στη φωτονική δομή για να ενισχυθεί το φωτεινό σήμα. Αυτή η εργασία χρησιμοποιεί μόρια σπάνιων γαιών ως βάση για το κβαντικό διαδίκτυο και κάνει ένα σημαντικό βήμα προς τις μελλοντικές αρχιτεκτονικές κβαντικής επικοινωνίας.
Χρόνος δημοσίευσης: Ιαν-02-2024