Kvantna informaciona tehnologija je nova informaciona tehnologija zasnovana na kvantnoj mehanici, koja kodira, izračunava i prenosi fizičke informacije sadržane ukvantni sistem. Razvoj i primjena kvantne informacione tehnologije dovest će nas u „kvantno doba“, i ostvariti veću radnu efikasnost, sigurnije metode komunikacije i pogodniji i zeleniji način života.
Efikasnost komunikacije između kvantnih sistema zavisi od njihove sposobnosti interakcije sa svetlošću. Međutim, vrlo je teško pronaći materijal koji može u potpunosti iskoristiti kvantna svojstva optičkog.
Nedavno je istraživački tim na Institutu za hemiju u Parizu i Tehnološkom institutu u Karlsrueu zajedno demonstrirao potencijal molekularnog kristala baziranog na retkim zemnim jonima europijuma (Eu³ +) za primenu u kvantnim optičkim sistemima. Otkrili su da emisija ultra uske širine linije ovog Eu³ + molekularnog kristala omogućava efikasnu interakciju sa svjetlom i ima važnu vrijednost ukvantna komunikacijai kvantno računarstvo.
Slika 1: Kvantna komunikacija zasnovana na molekularnim kristalima rijetke zemlje europijuma
Kvantna stanja mogu biti superponirana, tako da se kvantna informacija može superponirati. Jedan kubit može istovremeno predstavljati niz različitih stanja između 0 i 1, omogućavajući da se podaci obrađuju paralelno u serijama. Kao rezultat toga, računarska snaga kvantnih računara će se eksponencijalno povećati u poređenju sa tradicionalnim digitalnim računarima. Međutim, da bi se izvršile računske operacije, superpozicija kubita mora biti sposobna postojati postojano tokom određenog vremenskog perioda. U kvantnoj mehanici, ovaj period stabilnosti je poznat kao životni vijek koherencije. Nuklearni spinovi složenih molekula mogu postići stanja superpozicije sa dugim suvim životnim vijekom jer je utjecaj okoline na nuklearne spinove učinkovito zaštićen.
Joni rijetkih zemalja i molekularni kristali su dva sistema koja se koriste u kvantnoj tehnologiji. Joni rijetkih zemalja imaju izvrsna optička i spinska svojstva, ali ih je teško integriratioptički uređaji. Molekularne kristale je lakše integrirati, ali je teško uspostaviti pouzdanu vezu između spina i svjetlosti jer su emisione trake preširoke.
Molekularni kristali rijetkih zemalja razvijeni u ovom radu uredno kombinuju prednosti oba u tome što, pod laserskom ekscitacijom, Eu³ + može emitovati fotone koji nose informacije o nuklearnom spinu. Kroz specifične laserske eksperimente, može se stvoriti efikasan optički/nuklearni spin interfejs. Na osnovu toga, istraživači su dalje realizovali adresiranje na nivou nuklearnog spina, koherentno skladištenje fotona i izvođenje prve kvantne operacije.
Za efikasno kvantno računanje obično je potrebno više zapletenih kubita. Istraživači su pokazali da Eu³ + u gornjim molekularnim kristalima može postići kvantno isprepletenost kroz zalutalo spajanje električnog polja, omogućavajući tako kvantnu obradu informacija. Budući da molekularni kristali sadrže više jona rijetkih zemalja, mogu se postići relativno visoke gustine kubita.
Drugi zahtjev za kvantno računanje je adresabilnost pojedinačnih kubita. Tehnika optičkog adresiranja u ovom radu može poboljšati brzinu čitanja i spriječiti interferenciju signala kola. U poređenju sa prethodnim studijama, optička koherentnost Eu³ + molekularnih kristala opisanih u ovom radu je poboljšana za oko hiljadu puta, tako da se stanjima nuklearnog spina može optički manipulisati na specifičan način.
Optički signali su također pogodni za distribuciju kvantnih informacija na velike udaljenosti za povezivanje kvantnih računala za daljinsku kvantnu komunikaciju. Dalje bi se moglo razmisliti o integraciji novih Eu³ + molekularnih kristala u fotonsku strukturu radi poboljšanja svjetlosnog signala. Ovaj rad koristi molekule rijetke zemlje kao osnovu za kvantni internet i čini važan korak ka budućim kvantnim komunikacijskim arhitekturama.
Vrijeme objave: Jan-02-2024