Квантовата информационна технология е нова информационна технология, базирана на квантовата механика, която кодира, изчислява и предава физическата информация, съдържаща се вквантова система.Развитието и прилагането на квантовата информационна технология ще ни отведе в „квантовата епоха“ и ще реализира по-висока работна ефективност, по-сигурни комуникационни методи и по-удобен и екологичен 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 напълно от квантовите свойства на оптиката.
Наскоро изследователски екип от Института по химия в Париж и Технологичния институт в Карлсруе заедно демонстрираха потенциала на молекулярен кристал, базиран на редкоземни европиеви йони (Eu³ +) за приложения в квантови оптични системи.Те откриха, че емисиите с ултра тясна ширина на линията на този Eu³ + молекулен кристал позволява ефективно взаимодействие със светлината и има важна стойност вквантова комуникацияи квантово изчисление.
Фигура 1: Квантова комуникация, базирана на редкоземни молекулярни кристали от европий
Квантовите състояния могат да бъдат насложени, така че квантовата информация може да бъде насложена.Един кубит може едновременно да представлява множество различни състояния между 0 и 1, което позволява данните да се обработват паралелно на 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 се запази стабилно за определен период от време.В квантовата механика този период на стабилност е известен като живот на кохерентност.Ядрените завъртания на сложни молекули могат да постигнат състояния на суперпозиция с дълъг живот в сухо състояние, тъй като влиянието на околната среда върху ядрените завъртания е ефективно екранирано.
Редкоземните йони и молекулярните кристали са две системи, използвани в квантовата технология.Редкоземните йони имат отлични оптични и спинови свойства, но е трудно да бъдат интегрираниоптични устройства.Молекулярните кристали са по-лесни за интегриране, но е трудно да се установи надеждна връзка между въртене и светлина, тъй като емисионните ленти са твърде широки.
Редкоземните молекулярни кристали, разработени в тази работа, комбинират добре предимствата и на двете в това, че при лазерно възбуждане Eu³ + може да излъчва фотони, носещи информация за ядрено въртене.Чрез специфични лазерни експерименти може да се генерира ефективен оптичен/ядрен спинов интерфейс.На тази основа изследователите допълнително реализираха адресиране на ниво на ядрено въртене, кохерентно съхранение на фотони и изпълнение на първата квантова операция.
За ефективно квантово изчисление обикновено са необходими множество заплетени кубити.Изследователите демонстрираха, че Eu³ + в горните молекулярни кристали може да постигне квантово заплитане чрез свързване на бездомно електрическо поле, като по този начин позволява обработка на квантова информация.Тъй като молекулярните кристали съдържат множество редкоземни йони, могат да се постигнат относително високи плътности на кубити.
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 смущенията на сигнала на веригата.В сравнение с предишни проучвания, оптичната кохерентност на молекулярните кристали Eu³ +, докладвана в тази работа, е подобрена с около хиляда пъти, така че ядрените спинови състояния могат да бъдат оптически манипулирани по специфичен начин.
Оптичните сигнали също са подходящи за разпространение на квантова информация на дълги разстояния за свързване на квантови компютри за отдалечена квантова комуникация.Може да се обмисли допълнително интегрирането на нови молекулярни кристали Eu³ + във фотонната структура за подобряване на светлинния сигнал.Тази работа използва редкоземни молекули като основа за квантов интернет и прави важна стъпка към бъдещи архитектури на квантовата комуникация.
Време на публикуване: януари-02-2024