Kvantinfotehnoloogia on uus kvantmehaanikal põhinev infotehnoloogia, mis kodeerib, arvutab ja edastabkvantsüsteem. Kvantinfotehnoloogia arendamine ja rakendamine toob meid “kvantiajastusse”, realiseerides kõrgema tööefektiivsuse, turvalisema suhtluse ning mugavama ja rohelisema elustiili.
Kvantsüsteemide vahelise suhtluse tõhusus sõltub nende võimest suhelda valgusega. Siiski on väga raske leida materjali, mis saaks optika kvantomadusi täielikult ära kasutada.
Hiljuti näitasid Pariisi Keemiainstituudi ja Karlsruhe Tehnoloogiainstituudi uurimisrühm koos haruldaste muldmetallide euroopiumiioonidel (Eu³ +) põhinevate molekulaarsete kristallide potentsiaali optilistes kvantsüsteemides. Nad leidsid, et selle Eu³ + molekulaarse kristalli ülikitsa joonelaiusega emissioon võimaldab tõhusat interaktsiooni valgusega ja sellel on oluline väärtuskvantkommunikatsioonja kvantarvutus.
Joonis 1: haruldaste muldmetallide euroopiumi molekulaarkristallidel põhinev kvantkommunikatsioon
Kvantseisundeid saab peale kanda, seega saab ka kvantinformatsiooni katta. Üks kubit võib samaaegselt esindada erinevaid olekuid vahemikus 0 kuni 1, võimaldades andmeid paralleelselt partiidena töödelda. Selle tulemusena suureneb kvantarvutite arvutusvõimsus võrreldes traditsiooniliste digitaalarvutitega plahvatuslikult. Arvutusoperatsioonide sooritamiseks peab aga kubittide superpositsioon suutma püsivalt teatud aja jooksul püsida. Kvantmehaanikas nimetatakse seda stabiilsusperioodi koherentsuse elueaks. Komplekssete molekulide tuumaspinnid võivad saavutada pika kuiva elueaga superpositsiooni olekuid, kuna keskkonna mõju tuuma spinnidele on tõhusalt varjestatud.
Haruldased muldmetallide ioonid ja molekulaarkristallid on kaks süsteemi, mida on kvanttehnoloogias kasutatud. Haruldastel muldmetallidel on suurepärased optilised ja pöörlemisomadused, kuid neid on keeruline integreeridaoptilised seadmed. Molekulaarseid kristalle on lihtsam integreerida, kuid keerukuse ja valguse vahel on raske usaldusväärset ühendust luua, kuna emissiooniribad on liiga laiad.
Selles töös välja töötatud haruldaste muldmetallide molekulaarsed kristallid ühendavad kenasti mõlema eelised, kuna laserergastuse korral võib Eu³ + kiirata footoneid, mis kannavad teavet tuuma spinni kohta. Spetsiifiliste laserkatsete abil saab luua tõhusa optilise / tuuma spin-liidese. Selle põhjal realiseerisid teadlased tuuma spinni taseme adresseerimise, footonite sidusa salvestamise ja esimese kvantoperatsiooni teostamise.
Tõhusaks kvantarvutuseks on tavaliselt vaja mitut põimunud kubitti. Teadlased näitasid, et ülaltoodud molekulaarsetes kristallides on Eu³ + võimalik saavutada kvantpõimumine hajuva elektrivälja sidestuse kaudu, võimaldades seega kvantteabe töötlemist. Kuna molekulaarsed kristallid sisaldavad mitmeid haruldaste muldmetallide ioone, on võimalik saavutada suhteliselt kõrge kubitihedus.
Teine kvantarvutuse nõue on üksikute kubittide adresseeritavus. Selle töö optilise adresseerimise tehnika võib parandada lugemiskiirust ja vältida ahela signaali häireid. Võrreldes varasemate uuringutega on selles töös kirjeldatud Eu³ + molekulaarsete kristallide optiline koherentsus paranenud umbes tuhat korda, nii et tuuma spinni olekuid saab teatud viisil optiliselt manipuleerida.
Optilised signaalid sobivad ka kvantinformatsiooni kauglevitamiseks, et ühendada kvantarvuteid kaugsuhtluseks. Täiendavalt võiks kaaluda uute Eu³ + molekulaarsete kristallide integreerimist fotoonilisesse struktuuri, et suurendada valgussignaali. See töö kasutab kvant-Interneti alusena haruldaste muldmetallide molekule ja astub olulise sammu tulevaste kvantkommunikatsiooniarhitektuuride suunas.
Postitusaeg: jaanuar 02-2024