Квантовата информационна технология е нова информационна технология, базирана на квантовата механика, която кодира, изчислява и предава физическата информация, съдържаща се вКвантова система. Разработването и прилагането на квантовите информационни технологии ще ни въведат в „квантовата епоха“ и ще реализират по -висока работна ефективност, по -сигурни методи за комуникация и по -удобен и зелен начин на живот.
Ефективността на комуникацията между квантовите системи зависи от способността им да взаимодействат със светлината. Въпреки това е много трудно да се намери материал, който може да се възползва изцяло от квантовите свойства на оптичното.
Наскоро изследователски екип в Института по химия в Париж и Технологичния институт Карлсруе демонстрира потенциала на молекулен кристал, базиран на редки земни европиеви йони (Eu³ +) за приложения в квантовите системи на оптични. Те откриха, че емисиите на ултра-по-нататък линията на този Eu³ + молекулярен кристал дава възможност за ефективно взаимодействие със светлината и има важна стойност вКвантова комуникацияи квантови изчисления.
Фигура 1: Квантова комуникация, базирана на редки земни европиеви молекулярни кристали
Квантовите състояния могат да бъдат наслагвани, така че квантовата информация може да бъде наслагвана. Единичният кубит може едновременно да представлява различни състояния между 0 и 1, което позволява да се обработват паралелно данни в партиди. В резултат на това изчислителната мощност на квантовите компютри ще се увеличи експоненциално в сравнение с традиционните цифрови компютри. Въпреки това, за да се извършват изчислителни операции, суперпозицията на кубитите трябва да може да продължи постоянно за определен период от време. В квантовата механика този период на стабилност е известен като продължителност на кохерентността. Ядрените завъртания на сложни молекули могат да постигнат състояния на суперпозиция с дълъг сух живот, тъй като влиянието на околната среда върху ядрените завъртания е ефективно защитно.
Редките земни йони и молекулните кристали са две системи, които са били използвани в квантовата технология. Редките земни йони имат отлични оптични и въртящи се свойства, но те са трудни за интегриране воптични устройства. Молекулярните кристали са по -лесни за интегриране, но е трудно да се установи надеждна връзка между спин и светлина, тъй като емисионните ленти са твърде широки.
Рядките земни молекулярни кристали, разработени в тази работа, спретнато съчетават предимствата на двете по това, че при лазерно възбуждане Eu³ + може да излъчва фотони, носещи информация за ядреното въртене. Чрез специфични лазерни експерименти може да се генерира ефективен оптичен/ядрен спин интерфейс. На тази основа изследователите допълнително реализираха адресиране на ядрено спин, съгласувано съхранение на фотони и изпълнение на първата квантова операция.
За ефективни квантови изчисления обикновено се изискват множество заплетени кубити. Изследователите демонстрираха, че EU³ + в горните молекулни кристали може да постигне квантово заплитане чрез бездомно свързване на електрическо поле, като по този начин дава възможност за обработка на квантова информация. Тъй като молекулните кристали съдържат множество редки земни йони, могат да се постигнат сравнително висока плътност на кубитите.
Друго изискване за квантовите изчисления е адресируемостта на отделните кубити. Техниката за оптично адресиране в тази работа може да подобри скоростта на четене и да предотврати смущения на сигнала на веригата. В сравнение с предишни проучвания, оптичната кохерентност на EU³ + молекулярните кристали, отчетени в тази работа, се подобрява с около хиляда пъти, така че ядрените спин състояния могат да бъдат оптично манипулирани по специфичен начин.
Оптичните сигнали също са подходящи за разпределение на квантовата информация на дълги разстояния за свързване на квантовите компютри за отдалечена квантова комуникация. По -нататъшно разглеждане може да се вземе предвид интегрирането на нови Eu³ + молекулярни кристали във фотонната структура, за да се подобри светещия сигнал. Тази работа използва редки земни молекули като основа за квантовия интернет и предприема важна стъпка към бъдещите архитектури на квантовата комуникация.
Време за публикация: януари-02-2024