Kvanttitietotekniikka on uusi tietotekniikka, joka perustuu kvanttimekaniikkaan, joka koodaa, laskee ja lähettää sisältämät fyysiset tiedotkvanttijärjestelmä. Kvanttitietotekniikan kehittäminen ja soveltaminen tuo meidät ”kvantti -aikakauteen” ja hyödyntää suurempaa työn tehokkuutta, turvallisempia viestintämenetelmiä ja helpompaa ja vihreää elämäntapaa.
Kvanttijärjestelmien välisen viestinnän tehokkuus riippuu niiden kyvystä olla vuorovaikutuksessa valon kanssa. On kuitenkin erittäin vaikea löytää materiaalia, joka voi hyödyntää täysimääräisesti optisen kvanttiominaisuuksia.
Äskettäin Pariisin kemian instituutin ja Karlsruhe -tekniikan instituutin tutkimusryhmä osoitti yhdessä harvinaisten maapallon europiumioneihin (EU³ +) molekyylikiteiden potentiaalia sovelluksiin optisen kvanttijärjestelmissä. He havaitsivat, että tämän EU³ + -molekyylikiteisen ultra-narrow-linjanleveyspäästö mahdollistaa tehokkaan vuorovaikutuksen valon kanssa ja sillä on tärkeä arvokvanttiviestintäja kvanttilaskenta.
Kuvio 1: Harvinaisten maametallien europium -molekyylikiteiden perusteella perustuvat kvanttiviestintä
Kvanttitilat voidaan päällekkäin, joten kvanttitiedot voidaan päällekkäin. Yksi qubit voi samanaikaisesti edustaa erilaisia tiloja välillä 0 ja 1, mikä mahdollistaa datan käsittelyn rinnakkain erissä. Seurauksena on, että kvanttitietokoneiden laskentavoima kasvaa eksponentiaalisesti verrattuna perinteisiin digitaalisiin tietokoneisiin. Laskennallisten operaatioiden suorittamiseksi kvbittien superposition on kuitenkin kyettävä jatkamaan tasaisesti tietyn ajanjakson ajan. Kvanttimekaniikassa tämä stabiilisuuskausi tunnetaan johdonmukaisena elinaikana. Kompleksisten molekyylien ydinspit voivat saavuttaa superpositiotiloja pitkillä kuivilla elinaikoilla, koska ympäristön vaikutus ydinspinnoihin on tehokkaasti suojattu.
Harvinaisten maametallien ionit ja molekyylikiteitä ovat kaksi järjestelmää, joita on käytetty kvanttitekniikassa. Harvinaisten maametallien ioneilla on erinomaiset optiset ja spin -ominaisuudet, mutta niitä on vaikea integroidaoptiset laitteet. Molekyylikiteitä on helpompi integroida, mutta spinin ja valon välillä on vaikea luoda luotettava yhteys, koska päästökaistat ovat liian leveitä.
Tässä työssä kehitetyt harvinaiset maametallikiteet yhdistävät siististi molempien edut, että Laser -virityksessä Eu³ + voi säteillä fotoneja, jotka kantavat tietoa ydinspinasta. Erityisten laserkokeiden avulla voidaan tuottaa tehokas optisen/ydinspinan rajapinta. Tämän perusteella tutkijat toteuttivat edelleen ydinspinatason käsittelyn, fotonien koherentin varastoinnin ja ensimmäisen kvanttitoiminnan suorittamisen.
Tehokkaan kvanttilaskentaa varten tarvitaan yleensä useita takertuneita kvbittejä. Tutkijat osoittivat, että Eu³ + yllä olevissa molekyylikiteissä voi saavuttaa kvanttitapaamisen kulkevan sähkökentän kytkemisen kautta, mikä mahdollistaa kvanttitietojen käsittelyn. Koska molekyylikiteitä sisältävät useita harvinaisia maa -ioneja, voidaan saavuttaa suhteellisen korkeat kvbit -tiheydet.
Toinen vaatimus kvanttilaskennasta on yksittäisten kyykkyjen osoitettavuus. Tämän työn optinen osoitetekniikka voi parantaa lukumäärää ja estää piirisignaalin häiriöitä. Verrattuna aikaisempiin tutkimuksiin, tässä työssä ilmoitettujen Eu³ +-molekyylikiteiden optista koherenssia parannetaan noin tuhat-kertaisesti, jotta ydinspinoita voidaan manipuloida tietyllä tavalla.
Optiset signaalit soveltuvat myös pitkän matkan kvanttitietojen jakautumiseen kvanttitietokoneiden yhdistämiseksi etäkvanttiviestintää varten. Uuden Eu³ + -molekyylikiteiden integrointia voitaisiin harkita fotoniseen rakenteeseen valaisevan signaalin parantamiseksi. Tämä työ käyttää harvinaisten maamatrian molekyylejä kvanttien Internet -perustana ja ottaa tärkeän askeleen kohti tulevia kvanttiviestinnän arkkitehtuureja.
Viestin aika: tammikuu-02-2024