Квантові інформаційні технології - це нова інформаційна технологія, заснована на квантовій механіці, яка кодує, обчислює та передає фізичну інформацію, що міститься вквантова система. Розробка та застосування квантових інформаційних технологій приведуть нас у «квантовий вік» та зрозуміють більш високу ефективність роботи, більш безпечні методи спілкування та зручніший та зелений спосіб життя.
Ефективність зв'язку між квантовими системами залежить від їх здатності взаємодіяти зі світлом. Однак дуже важко знайти матеріал, який може повною мірою скористатися квантовими властивостями оптичних.
Нещодавно дослідницька група в Інституті хімії в Парижі та Інститут технологій Карлсрухе разом продемонструвала потенціал молекулярного кристала, заснованого на рідкісних іонах Європію Землі (EU³ +) для застосування в квантових системах оптичних. Вони виявили, що викиди ширини лінії ультра-нарроу цього молекулярного кристала Eu³ + дозволяє ефективно взаємодію зі світлом і має важливе значення вквантова комунікаціяі квантові обчислення.
Малюнок 1: Квантова комунікація на основі рідкісних молекулярних кристалів Європію
Квантові стани можуть бути накладені, тому квантова інформація може бути накладена. Один Qubit може одночасно представляти різноманітні стани між 0 і 1, що дозволяє обробляти дані паралельно паралельно. Як результат, обчислювальна потужність квантових комп'ютерів збільшуватиметься експоненціально порівняно з традиційними цифровими комп'ютерами. Однак для виконання обчислювальних операцій суперпозиція Кубітів повинна мати можливість постійно зберігатися протягом певного періоду часу. У квантовій механіці цей період стабільності відомий як термін експлуатації когерентності. Ядерні спіни складних молекул можуть досягти станів суперпозиції з тривалими сухими термінами життя, оскільки вплив навколишнього середовища на ядерні спіни ефективно захищається.
Рідкісні іони Землі та молекулярні кристали - це дві системи, які використовувались у квантовій технології. Рідкісні іони Землі мають чудові оптичні та спінові властивості, але їх важко інтегруватиОптичні пристрої. Молекулярні кристали простіше інтегруватись, але важко встановити надійний зв’язок між спіном та світлом, оскільки смуги викидів занадто широкі.
Рідкісні молекулярні кристали Землі, розроблені в цій роботі, акуратно поєднують переваги обох у тому, що під лазерним збудженням Eu³ + може випромінювати фотони, що несуть інформацію про ядерне віджимання. За допомогою конкретних лазерних експериментів може бути створений ефективний інтерфейс оптичного/ядерного спіну. Виходячи з цього, дослідники додатково реалізували направлення рівня ядерного віджиму, узгоджене зберігання фотонів та виконання першої квантової операції.
Для ефективних квантових обчислень зазвичай потрібно кілька заплутаних кубітів. Дослідники продемонстрували, що Eu³ + у вищезазначених молекулярних кристалах може досягти квантового заплутування за допомогою бродячого з'єднання електричного поля, тим самим дозволяючи квантову обробку інформації. Оскільки молекулярні кристали містять безліч рідкісних іонів Землі, можна досягти відносно високої щільності Qubit.
Іншою вимогою квантових обчислень є адресність окремих кубів. Техніка оптичної адресації в цій роботі може покращити швидкість читання та запобігти перешкоді сигналу ланцюга. Порівняно з попередніми дослідженнями, оптична когерентність молекулярних кристалів EU³ +, повідомлених у цій роботі, покращується приблизно на тисячу разів, щоб ядерний спін може бути оптично маніпулювати певним чином.
Оптичні сигнали також підходять для розподілу квантової інформації на далекі відстані для підключення квантових комп'ютерів для віддаленого квантового зв'язку. Подальше врахування може бути приділено інтеграцію нових молекулярних кристалів Eu³ + у фотонну структуру для посилення світлого сигналу. Ця робота використовує рідкісні молекули Землі як основу для квантового Інтернету, і робить важливий крок до майбутніх архітектур квантової комунікації.
Час посади: 02-2024 січня