Kvantinfotehnoloogia on uus kvantmehaanikal põhinev infotehnoloogia, mis kodeerib, arvutab ja edastab aatomites sisalduvat füüsikalist informatsiooni.kvantsüsteemKvantinfotehnoloogia arendamine ja rakendamine viib meid „kvantajastusse“ ning võimaldab suuremat tööefektiivsust, turvalisemaid suhtlusmeetodeid ning mugavamat ja keskkonnasõbralikumat eluviisi.
Kvantsüsteemide vahelise kommunikatsiooni efektiivsus sõltub nende võimest valgusega suhelda. Siiski on väga raske leida materjali, mis suudaks optika kvantomadusi täielikult ära kasutada.
Hiljuti demonstreeris Pariisi Keemiainstituudi ja Karlsruhe Tehnoloogiainstituudi uurimisrühm haruldaste muldmetallide euroopiumiioonidel (Eu³+) põhineva molekulaarse kristalli potentsiaali optiliste kvantsüsteemide rakenduste jaoks. Nad leidsid, et selle Eu³+ molekulaarse kristalli ülikitsas kiirgusjoone laius võimaldab tõhusat interaktsiooni valgusega ja omab olulist väärtustkvantkommunikatsioonja kvantarvutus.
Joonis 1: Haruldaste muldmetallide euroopiumi molekulaarsetel kristallidel põhinev kvantkommunikatsioon
Kvantseisundeid saab üksteisele asetada, seega saab kvantinformatsiooni üksteisele asetada. Üks kubit saab samaaegselt esindada mitmesuguseid erinevaid olekuid vahemikus 0 kuni 1, võimaldades andmeid paralleelselt partiidena töödelda. Selle tulemusel suureneb kvantarvutite arvutusvõimsus võrreldes traditsiooniliste digitaalarvutitega eksponentsiaalselt. Arvutusoperatsioonide tegemiseks peab kubitite superpositsioon aga suutma teatud aja jooksul stabiilselt püsida. Kvantmehaanikas nimetatakse seda stabiilsusperioodi koherentsuse elueaks. Komplekssete molekulide tuumaspinnid võivad saavutada pika kuiva elueaga superpositsiooniseisundeid, kuna keskkonna mõju tuumaspinnidele on tõhusalt varjestatud.
Haruldaste muldmetallide ioonid ja molekulaarkristallid on kaks süsteemi, mida on kasutatud kvanttehnoloogias. Haruldaste muldmetallide ioonidel on suurepärased optilised ja spinn-omadused, kuid neid on keeruline integreerida.optilised seadmedMolekulaarseid kristalle on lihtsam integreerida, kuid usaldusväärse seose loomine spinni ja valguse vahel on keeruline, kuna emissioonitsoonid on liiga laiad.
Selles töös välja töötatud haruldaste muldmetallide molekulaarkristallid ühendavad endas mõlema eelised, kuna laserergutuse all suudab Eu³+ kiirata footoneid, mis kannavad teavet tuumaspinni kohta. Spetsiifiliste laserkatsete abil saab luua tõhusa optilise/tuumaspinni liidese. Selle põhjal realiseerisid teadlased edasi tuumaspinni tasemel adresseerimise, footonite koherentse salvestamise ja esimese kvantoperatsiooni teostamise.
Tõhusa kvantarvutuse jaoks on tavaliselt vaja mitut põimunud kubitit. Teadlased näitasid, et ülaltoodud molekulaarkristallides on Eu³+ võimeline saavutama kvantpõimumise hajuva elektrivälja sidestuse kaudu, võimaldades seeläbi kvantinformatsiooni töötlemist. Kuna molekulaarkristallid sisaldavad mitut haruldaste muldmetallide iooni, on võimalik saavutada suhteliselt kõrge kubititihedus.
Teine kvantarvutuse nõue on üksikute kubitite adresseeritavus. Käesolevas töös kasutatav optiline adresseerimistehnika saab parandada lugemiskiirust ja vältida vooluahela signaali häireid. Võrreldes varasemate uuringutega on käesolevas töös kirjeldatud Eu³+ molekulaarsete kristallide optiline koherentsus umbes tuhat korda parem, nii et tuumade spinnseisundid saab optiliselt manipuleerida spetsiifilisel viisil.
Optilised signaalid sobivad ka kvantinformatsiooni pikamaajaotuseks, et ühendada kvantarvuteid kaugkvantkommunikatsiooniks. Edasi võiks kaaluda uute Eu³+ molekulaarsete kristallide integreerimist footonstruktuuri, et parandada helendavat signaali. See töö kasutab haruldaste muldmetallide molekule kvantinterneti alusena ja astub olulise sammu tulevaste kvantkommunikatsiooni arhitektuuride suunas.
Postituse aeg: 02.01.2024