Kvantu informācijas tehnoloģija ir jauna informācijas tehnoloģija, kuras pamatā ir kvantu mehānika, kas kodē, aprēķina un pārraida fizikālo informāciju, kas atrodas ...kvantu sistēmaKvantu informācijas tehnoloģiju attīstība un pielietošana mūs ievedīs “kvantu laikmetā” un nodrošinās augstāku darba efektivitāti, drošākas komunikācijas metodes un ērtāku un zaļāku dzīvesveidu.
Kvantu sistēmu komunikācijas efektivitāte ir atkarīga no to spējas mijiedarboties ar gaismu. Tomēr ir ļoti grūti atrast materiālu, kas varētu pilnībā izmantot optisko materiālu kvantu īpašības.
Nesen Parīzes Ķīmijas institūta un Karlsrūes Tehnoloģiju institūta pētnieku komanda kopīgi demonstrēja uz retzemju europija joniem (Eu³+) balstīta molekulārā kristāla potenciālu pielietojumiem optisko kvantu sistēmās. Viņi atklāja, ka šī Eu³+ molekulārā kristāla īpaši šaurā līnijas platuma emisija nodrošina efektīvu mijiedarbību ar gaismu un tai ir svarīga vērtība…kvantu komunikācijaun kvantu skaitļošana.
1. attēls: Kvantu komunikācija, kuras pamatā ir retzemju europija molekulārie kristāli
Kvantu stāvokļus var uzlikt viens otram, tāpēc kvantu informāciju var uzlikt viens otram. Viens kubits var vienlaikus attēlot dažādus stāvokļus no 0 līdz 1, ļaujot datus apstrādāt paralēli partijās. Tā rezultātā kvantu datoru skaitļošanas jauda palielināsies eksponenciāli salīdzinājumā ar tradicionālajiem digitālajiem datoriem. Tomēr, lai veiktu skaitļošanas operācijas, kubitu superpozīcijai ir jāspēj pastāvīgi saglabāties noteiktu laika periodu. Kvantu mehānikā šo stabilitātes periodu sauc par koherences dzīves ilgumu. Sarežģītu molekulu kodolu spini var sasniegt superpozīcijas stāvokļus ar ilgu sauso dzīves ilgumu, jo vides ietekme uz kodolu spiniem ir efektīvi ekranēta.
Retzemju joni un molekulārie kristāli ir divas sistēmas, kas tiek izmantotas kvantu tehnoloģijā. Retzemju joniem piemīt izcilas optiskās un spina īpašības, taču tos ir grūti integrētoptiskās ierīcesMolekulāros kristālus ir vieglāk integrēt, taču ir grūti izveidot uzticamu savienojumu starp spinu un gaismu, jo emisijas joslas ir pārāk platas.
Šajā darbā izstrādātie retzemju molekulārie kristāli apvieno abu priekšrocības, jo lāzera ierosmes ietekmē Eu³+ var izstarot fotonus, kas nes informāciju par kodola spinu. Ar specifisku lāzera eksperimentu palīdzību var ģenerēt efektīvu optisko/kodola spina saskarni. Pamatojoties uz to, pētnieki tālāk realizēja kodola spina līmeņa adresēšanu, fotonu koherentu uzglabāšanu un pirmās kvantu operācijas izpildi.
Efektīvai kvantu skaitļošanai parasti ir nepieciešami vairāki sapīti kubiti. Pētnieki pierādīja, ka iepriekšminētajos molekulārajos kristālos Eu³+ var panākt kvantu sapīšanos, izmantojot maldīga elektriskā lauka sasaisti, tādējādi nodrošinot kvantu informācijas apstrādi. Tā kā molekulārie kristāli satur vairākus retzemju jonus, var sasniegt relatīvi augstu kubitu blīvumu.
Vēl viena kvantu skaitļošanas prasība ir atsevišķu kubitu adresējamība. Šajā darbā izmantotā optiskās adresācijas metode var uzlabot lasīšanas ātrumu un novērst ķēdes signāla traucējumus. Salīdzinot ar iepriekšējiem pētījumiem, šajā darbā ziņotā Eu³+ molekulāro kristālu optiskā koherence ir uzlabota aptuveni tūkstoš reižu, tāpēc kodolu spina stāvokļus var optiski manipulēt noteiktā veidā.
Optiskie signāli ir piemēroti arī kvantu informācijas izplatīšanai lielos attālumos, lai savienotu kvantu datorus attālinātai kvantu komunikācijai. Varētu tikt apsvērta jaunu Eu³+ molekulāro kristālu integrācija fotoniskajā struktūrā, lai uzlabotu gaismas signālu. Šajā darbā par kvantu interneta pamatu tiek izmantotas retzemju molekulas, un tas ir svarīgs solis ceļā uz nākotnes kvantu komunikācijas arhitektūrām.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 2. janvāris