Kvantna informaciona tehnologija je nova informaciona tehnologija zasnovana na kvantnoj mehanici, koja kodira, izračunava i prenosi fizičke informacije sadržane ukvantni sistemRazvoj i primjena kvantne informacione tehnologije uvest će nas u "kvantno doba" i ostvariti veću radnu efikasnost, sigurnije metode komunikacije te praktičniji i zeleniji način života.
Efikasnost komunikacije između kvantnih sistema zavisi od njihove sposobnosti interakcije sa svjetlošću. Međutim, veoma je teško pronaći materijal koji može u potpunosti iskoristiti kvantna svojstva optike.
Nedavno je istraživački tim na Institutu za hemiju u Parizu i Tehnološkom institutu Karlsruhe zajedno demonstrirao potencijal molekularnog kristala baziranog na rijetkim zemnim europijum ionima (Eu³+) za primjenu u kvantnim optičkim sistemima. Otkrili su da ultra-uska širina linije emisije ovog molekularnog kristala Eu³+ omogućava efikasnu interakciju sa svjetlošću i ima važnu vrijednost u...kvantna komunikacijai kvantno računarstvo.
Slika 1: Kvantna komunikacija zasnovana na molekularnim kristalima rijetkih zemalja europija
Kvantna stanja se mogu superponirati, tako da se kvantne informacije mogu superponirati. Jedan kubit može istovremeno predstavljati niz različitih stanja između 0 i 1, omogućavajući paralelnu obradu podataka u serijama. Kao rezultat toga, računarska snaga kvantnih računara će se eksponencijalno povećavati u poređenju sa tradicionalnim digitalnim računarima. Međutim, da bi se izvršile računarske operacije, superpozicija kubita mora biti u stanju da se stabilno održi tokom određenog vremenskog perioda. U kvantnoj mehanici, ovaj period stabilnosti je poznat kao koherentni vijek trajanja. Nuklearni spinovi složenih molekula mogu postići stanja superpozicije sa dugim suhim vijekom trajanja jer je uticaj okoline na nuklearne spinove efikasno zaštićen.
Rijetkozemni ioni i molekularni kristali su dva sistema koja se koriste u kvantnoj tehnologiji. Rijetkozemni ioni imaju odlična optička i spinska svojstva, ali ih je teško integrirati uoptički uređajiMolekularni kristali se lakše integriraju, ali je teško uspostaviti pouzdanu vezu između spina i svjetlosti jer su emisione vrpce preširoke.
Molekularni kristali rijetkih zemalja razvijeni u ovom radu uredno kombiniraju prednosti oba elementa, po tome što, pod utjecajem laserske ekscitacije, Eu³+ može emitirati fotone koji nose informacije o nuklearnom spinu. Kroz specifične laserske eksperimente može se generirati efikasan optički/nuklearni spin interfejs. Na toj osnovi, istraživači su dalje ostvarili adresiranje na nivou nuklearnog spina, koherentno pohranjivanje fotona i izvršavanje prve kvantne operacije.
Za efikasno kvantno računarstvo obično su potrebni višestruki isprepleteni kubitovi. Istraživači su pokazali da Eu³+ u gore navedenim molekularnim kristalima može postići kvantno isprepletenost putem sprezanja zalutalih električnih polja, omogućavajući tako obradu kvantnih informacija. Budući da molekularni kristali sadrže više rijetkih zemnih iona, mogu se postići relativno visoke gustoće kubita.
Još jedan zahtjev za kvantno računarstvo je adresabilnost pojedinačnih kubita. Tehnika optičkog adresiranja u ovom radu može poboljšati brzinu čitanja i spriječiti interferenciju signala kola. U poređenju s prethodnim studijama, optička koherencija molekularnih kristala Eu³+ o kojima se izvještava u ovom radu poboljšana je za oko hiljadu puta, tako da se stanja nuklearnog spina mogu optički manipulisati na specifičan način.
Optički signali su također pogodni za distribuciju kvantnih informacija na velike udaljenosti kako bi se povezali kvantni računari za daljinsku kvantnu komunikaciju. Daljnje razmatranje moglo bi se posvetiti integraciji novih molekularnih kristala Eu³+ u fotonsku strukturu radi poboljšanja svjetlosnog signala. Ovaj rad koristi molekule rijetkih zemalja kao osnovu za kvantni internet i čini važan korak prema budućim arhitekturama kvantne komunikacije.
Vrijeme objave: 02.01.2024.