Kvantinė informacinė technologija yra nauja informacinė technologija, pagrįsta kvantine mechanika, kuri koduoja, skaičiuoja ir perduoda fizinę informaciją, esančiąkvantinė sistema. Kvantinių informacinių technologijų plėtra ir taikymas įves mus į „kvantinį amžių“, suvoksime didesnį darbo efektyvumą, saugesnius bendravimo būdus ir patogesnį bei ekologiškesnį gyvenimo būdą.
Ryšio tarp kvantinių sistemų efektyvumas priklauso nuo jų gebėjimo sąveikauti su šviesa. Tačiau labai sunku rasti medžiagą, kuri galėtų visapusiškai išnaudoti optines kvantines savybes.
Neseniai Paryžiaus Chemijos instituto ir Karlsrūhės technologijos instituto tyrimų grupė kartu pademonstravo molekulinio kristalo, pagrįsto retųjų žemių europio jonais (Eu³+), potencialą pritaikyti kvantinėse optinėse sistemose. Jie nustatė, kad itin siauros linijos pločio šio Eu³ + molekulinio kristalo emisija leidžia efektyviai sąveikauti su šviesa ir yra svarbikvantinė komunikacijair kvantinis skaičiavimas.
1 pav. Kvantinis ryšys, pagrįstas retųjų žemių europio molekuliniais kristalais
Kvantinės būsenos gali būti dedamos ant viršaus, todėl kvantinė informacija gali būti dedama. Vienas kubitas vienu metu gali atstovauti įvairioms būsenoms nuo 0 iki 1, todėl duomenis galima apdoroti lygiagrečiai paketais. Dėl to kvantinių kompiuterių skaičiavimo galia, palyginti su tradiciniais skaitmeniniais kompiuteriais, padidės eksponentiškai. Tačiau norint atlikti skaičiavimo operacijas, kubitų superpozicija turi turėti galimybę pastoviai išlikti tam tikrą laiką. Kvantinėje mechanikoje šis stabilumo laikotarpis žinomas kaip darnos gyvavimo laikas. Sudėtingų molekulių branduoliniai sukimai gali pasiekti superpozicijos būsenas su ilgu sauso tarnavimo laiku, nes aplinkos įtaka branduoliniams sukiniams yra veiksmingai apsaugota.
Retųjų žemių jonai ir molekuliniai kristalai yra dvi sistemos, kurios buvo naudojamos kvantinėje technologijoje. Retųjų žemių jonai pasižymi puikiomis optinėmis ir sukimosi savybėmis, tačiau juos sunku integruotioptiniai prietaisai. Molekulinius kristalus lengviau integruoti, tačiau sunku nustatyti patikimą ryšį tarp sukimosi ir šviesos, nes emisijos juostos yra per plačios.
Šiame darbe sukurti retųjų žemių molekuliniai kristalai puikiai sujungia abiejų privalumus, nes lazerio sužadinimo metu Eu³ + gali skleisti fotonus, turinčius informaciją apie branduolinį sukimąsi. Atliekant specifinius lazerio eksperimentus, galima sukurti efektyvią optinę / branduolinę sukimosi sąsają. Tuo remdamiesi mokslininkai toliau realizavo branduolinio sukimosi lygio adresavimą, nuoseklų fotonų saugojimą ir pirmosios kvantinės operacijos vykdymą.
Norint efektyviai atlikti kvantinį skaičiavimą, paprastai reikia kelių susietų kubitų. Tyrėjai įrodė, kad aukščiau minėtuose molekuliniuose kristaluose esantis Eu³ + gali pasiekti kvantinį įsipainiojimą per klajojančio elektrinio lauko jungtį, taip įgalindamas kvantinės informacijos apdorojimą. Kadangi molekuliniuose kristaluose yra daug retųjų žemių jonų, galima pasiekti santykinai didelį kubitų tankį.
Kitas kvantinio skaičiavimo reikalavimas yra atskirų kubitų adresavimas. Šiame darbe naudojama optinio adresavimo technika gali pagerinti skaitymo greitį ir užkirsti kelią grandinės signalo trukdžiams. Palyginti su ankstesniais tyrimais, šiame darbe aprašyta Eu³ + molekulinių kristalų optinė koherencija pagerėjo maždaug tūkstantį kartų, todėl branduolio sukimosi būsenos gali būti optiškai manipuliuojamos tam tikru būdu.
Optiniai signalai tinka ir tolimojo kvantinės informacijos platinimui, norint sujungti kvantinius kompiuterius nuotoliniam kvantiniam ryšiui. Galima būtų toliau apsvarstyti naujų Eu³ + molekulinių kristalų integravimą į fotoninę struktūrą, kad būtų sustiprintas šviesos signalas. Šiame darbe retųjų žemių molekulės naudojamos kaip kvantinio interneto pagrindas ir žengiamas svarbus žingsnis būsimų kvantinių ryšių architektūrų link.
Paskelbimo laikas: 2024-02-02