Kvantinė informacinė technologija yra nauja informacinė technologija, pagrįsta kvantine mechanika, kuri koduoja, apskaičiuoja ir perduoda fizinę informaciją, esančią ...kvantinė sistemaKvantinių informacinių technologijų kūrimas ir taikymas įves mus į „kvantinį amžių“ ir užtikrins didesnį darbo efektyvumą, saugesnius bendravimo būdus bei patogesnį ir ekologiškesnį gyvenimo būdą.
Kvantinių sistemų komunikacijos efektyvumas priklauso nuo jų gebėjimo sąveikauti su šviesa. Tačiau labai sunku rasti medžiagą, kuri galėtų visapusiškai išnaudoti optinių sistemų kvantines savybes.
Neseniai Paryžiaus Chemijos instituto ir Karlsrūhės technologijos instituto tyrėjų komanda kartu pademonstravo retųjų žemių europio jonų (Eu³+) pagrindu sukurto molekulinio kristalo potencialą taikyti kvantinėse optinėse sistemose. Jie nustatė, kad itin siauras šio Eu³+ molekulinio kristalo linijos plotis leidžia efektyviai sąveikauti su šviesa ir yra svarbikvantinė komunikacijair kvantiniai skaičiavimai.
1 pav.: Kvantinė komunikacija, pagrįsta retųjų žemių europio molekuliniais kristalais
Kvantinės būsenos gali būti uždėtos viena ant kitos, todėl kvantinė informacija gali būti uždėta viena ant kitos. Vienas kubitas gali vienu metu reprezentuoti įvairias būsenas nuo 0 iki 1, todėl duomenis galima apdoroti lygiagrečiai partijomis. Dėl to kvantinių kompiuterių skaičiavimo galia, palyginti su tradiciniais skaitmeniniais kompiuteriais, padidės eksponentiškai. Tačiau norint atlikti skaičiavimo operacijas, kubitų superpozicija turi išlikti stabiliai tam tikrą laiką. Kvantinėje mechanikoje šis stabilumo periodas vadinamas koherencijos gyvavimo trukme. Sudėtingų molekulių branduolių sukiniai gali pasiekti superpozicijos būsenas su ilgu sausuoju gyvavimo laiku, nes aplinkos įtaka branduolių sukiniams yra efektyviai ekranuota.
Retųjų žemių jonai ir molekuliniai kristalai yra dvi sistemos, kurios buvo naudojamos kvantinėje technologijoje. Retųjų žemių jonai pasižymi puikiomis optinėmis ir sukinio savybėmis, tačiau juos sunku integruoti įoptiniai įrenginiaiMolekulinius kristalus lengviau integruoti, tačiau sunku nustatyti patikimą ryšį tarp sukinio ir šviesos, nes emisijos juostos yra per plačios.
Šiame darbe sukurti retųjų žemių molekuliniai kristalai puikiai sujungia abiejų privalumus: lazerio sužadinimo metu Eu³+ gali spinduliuoti fotonus, pernešančius informaciją apie branduolio sukinį. Atlikus specialius lazerinius eksperimentus, galima sukurti efektyvią optinę/branduolinio sukinio sąsają. Tuo remdamiesi tyrėjai toliau realizavo branduolio sukinio lygio adresavimą, koherentinį fotonų saugojimą ir pirmosios kvantinės operacijos vykdymą.
Efektyviam kvantiniam skaičiavimui paprastai reikalingi keli susieti kubitai. Tyrėjai įrodė, kad minėtuose molekuliniuose kristaluose esantis Eu³+ gali pasiekti kvantinį susietumą per klaidingo elektrinio lauko sąveiką, tokiu būdu įgalinant kvantinės informacijos apdorojimą. Kadangi molekuliniuose kristaluose yra daug retųjų žemių jonų, galima pasiekti santykinai didelį kubitų tankį.
Kitas kvantinių skaičiavimų reikalavimas yra atskirų kubitų adresavimas. Šiame darbe naudojama optinio adresavimo technika gali pagerinti skaitymo greitį ir išvengti grandinės signalo trukdžių. Palyginti su ankstesniais tyrimais, šiame darbe aprašytas Eu³+ molekulinių kristalų optinis koherencija yra pagerinta maždaug tūkstantį kartų, todėl branduolių sukinio būsenas galima optiškai manipuliuoti specifiniu būdu.
Optiniai signalai taip pat tinka kvantinės informacijos paskirstymui dideliais atstumais, siekiant sujungti kvantinius kompiuterius nuotolinei kvantinei komunikacijai. Būtų galima toliau svarstyti naujų Eu³+ molekulinių kristalų integravimą į fotoninę struktūrą, siekiant sustiprinti šviesos signalą. Šiame darbe retųjų žemių molekulės naudojamos kaip kvantinio interneto pagrindas ir žengiamas svarbus žingsnis būsimų kvantinės komunikacijos architektūrų link.
Įrašo laikas: 2024 m. sausio 2 d.