Ang Quantum information technology ay isang bagong teknolohiya ng impormasyon batay sa quantum mechanics, na nag-encode, nagko-compute at nagpapadala ng pisikal na impormasyong nakapaloob sasistema ng quantum.Ang pagbuo at aplikasyon ng teknolohiya ng impormasyon ng quantum ay magdadala sa atin sa "panahon ng quantum", at mapagtanto ang mas mataas na kahusayan sa trabaho, mas ligtas na mga paraan ng komunikasyon at mas maginhawa at luntiang pamumuhay.
Ang kahusayan ng komunikasyon sa pagitan ng mga quantum system ay nakasalalay sa kanilang kakayahang makipag-ugnayan sa liwanag.Gayunpaman, napakahirap maghanap ng materyal na maaaring samantalahin nang husto ang mga katangian ng kabuuan ng optical.
Kamakailan, ang isang pangkat ng pananaliksik sa Institute of Chemistry sa Paris at ang Karlsruhe Institute of Technology ay magkasamang nagpakita ng potensyal ng isang molekular na kristal batay sa mga rare earth europium ions (Eu³ +) para sa mga aplikasyon sa mga quantum system ng optical.Nalaman nila na ang ultra-makitid na linewidth na paglabas ng Eu³ + molekular na kristal na ito ay nagbibigay-daan sa mahusay na pakikipag-ugnayan sa liwanag at may mahalagang halaga saquantum communicationat quantum computing.
Figure 1: Quantum communication batay sa rare earth europium molecular crystals
Ang mga quantum state ay maaaring i-superimpose, kaya ang quantum na impormasyon ay maaaring i-superimpose.Ang isang solong qubit ay maaaring sabay na kumatawan sa iba't ibang mga estado sa pagitan ng 0 at 1, na nagpapahintulot sa data na maproseso nang magkatulad sa mga batch.Bilang resulta, ang kapangyarihan sa pag-compute ng mga quantum computer ay tataas nang husto kumpara sa mga tradisyonal na digital na computer.Gayunpaman, upang maisagawa ang mga pagpapatakbo ng computational, ang superposisyon ng mga qubit ay dapat na patuloy na magpatuloy sa loob ng isang yugto ng panahon.Sa quantum mechanics, ang panahong ito ng katatagan ay kilala bilang ang coherence lifetime.Ang mga nuclear spin ng mga kumplikadong molekula ay maaaring makamit ang mga superposition state na may mahabang dry lifetimes dahil ang impluwensya ng kapaligiran sa mga nuclear spins ay epektibong pinangangalagaan.
Ang mga rare earth ions at molekular na kristal ay dalawang sistema na ginamit sa teknolohiyang quantum.Ang mga rare earth ions ay may mahusay na optical at spin properties, ngunit mahirap isama ang mga itomga optical device.Ang mga molekular na kristal ay mas madaling pagsamahin, ngunit mahirap magtatag ng isang maaasahang koneksyon sa pagitan ng pag-ikot at liwanag dahil ang mga emission band ay masyadong malawak.
Ang mga bihirang earth molecular crystals na binuo sa gawaing ito ay maayos na pinagsama ang mga pakinabang ng pareho sa na, sa ilalim ng laser excitation, ang Eu³ + ay maaaring maglabas ng mga photon na nagdadala ng impormasyon tungkol sa nuclear spin.Sa pamamagitan ng mga partikular na eksperimento sa laser, maaaring makabuo ng mahusay na optical/nuclear spin interface.Sa batayan na ito, higit na napagtanto ng mga mananaliksik ang nuclear spin level addressing, magkakaugnay na pag-iimbak ng mga photon, at ang pagpapatupad ng unang quantum operation.
Para sa mahusay na quantum computing, maramihang entangled qubits ay karaniwang kinakailangan.Ipinakita ng mga mananaliksik na ang Eu³ + sa mga molecular crystal sa itaas ay makakamit ang quantum entanglement sa pamamagitan ng stray electric field coupling, kaya pinapagana ang pagproseso ng quantum information.Dahil ang mga molekular na kristal ay naglalaman ng maramihang mga bihirang earth ions, ang medyo mataas na qubit density ay maaaring makamit.
Ang isa pang kinakailangan para sa quantum computing ay ang addressability ng mga indibidwal na qubit.Maaaring mapabuti ng optical addressing technique sa gawaing ito ang bilis ng pagbasa at maiwasan ang interference ng circuit signal.Kung ikukumpara sa mga nakaraang pag-aaral, ang optical coherence ng Eu³ + molecular crystals na iniulat sa gawaing ito ay napabuti ng humigit-kumulang isang libong beses, upang ang mga nuclear spin state ay maaaring optically na manipulahin sa isang partikular na paraan.
Ang mga optical signal ay angkop din para sa malayuang pamamahagi ng impormasyon ng quantum upang kumonekta sa mga quantum computer para sa remote quantum communication.Ang karagdagang pagsasaalang-alang ay maaaring ibigay sa pagsasama ng mga bagong Eu³ + molecular crystals sa photonic na istraktura upang mapahusay ang maliwanag na signal.Gumagamit ang gawaing ito ng mga bihirang molekula ng lupa bilang batayan para sa quantum Internet, at gumagawa ng isang mahalagang hakbang patungo sa hinaharap na mga arkitektura ng komunikasyong quantum.
Oras ng post: Ene-02-2024