Teknologi maklumat kuantum ialah teknologi maklumat baharu berasaskan mekanik kuantum, yang mengekod, mengira dan menghantar maklumat fizikal yang terkandung dalamsistem kuantum. Pembangunan dan aplikasi teknologi maklumat kuantum akan membawa kita ke "zaman kuantum", dan merealisasikan kecekapan kerja yang lebih tinggi, kaedah komunikasi yang lebih selamat dan gaya hidup yang lebih selesa dan hijau.
Kecekapan komunikasi antara sistem kuantum bergantung kepada keupayaan mereka untuk berinteraksi dengan cahaya. Walau bagaimanapun, adalah sangat sukar untuk mencari bahan yang boleh memanfaatkan sepenuhnya sifat kuantum optik.
Baru-baru ini, pasukan penyelidik di Institut Kimia di Paris dan Institut Teknologi Karlsruhe bersama-sama menunjukkan potensi kristal molekul berdasarkan ion europium nadir bumi (Eu³ +) untuk aplikasi dalam sistem kuantum optik. Mereka mendapati bahawa pelepasan lebar garis ultra-sempit bagi kristal molekul Eu³ + ini membolehkan interaksi yang cekap dengan cahaya dan mempunyai nilai penting dalamkomunikasi kuantumdan pengkomputeran kuantum.
Rajah 1: Komunikasi kuantum berdasarkan kristal molekul europium nadir bumi
Keadaan kuantum boleh ditindih, jadi maklumat kuantum boleh ditindih. Satu qubit secara serentak boleh mewakili pelbagai keadaan berbeza antara 0 dan 1, membolehkan data diproses secara selari dalam kelompok. Akibatnya, kuasa pengkomputeran komputer kuantum akan meningkat secara eksponen berbanding komputer digital tradisional. Walau bagaimanapun, untuk melaksanakan operasi pengiraan, superposisi qubit mesti dapat bertahan secara berterusan untuk satu tempoh masa. Dalam mekanik kuantum, tempoh kestabilan ini dikenali sebagai jangka hayat koheren. Putaran nuklear molekul kompleks boleh mencapai keadaan superposisi dengan jangka hayat kering yang panjang kerana pengaruh alam sekitar pada putaran nuklear dilindungi dengan berkesan.
Ion nadir bumi dan kristal molekul adalah dua sistem yang telah digunakan dalam teknologi kuantum. Ion nadir bumi mempunyai sifat optik dan putaran yang sangat baik, tetapi ia sukar untuk disepadukanperanti optik. Kristal molekul lebih mudah untuk disepadukan, tetapi sukar untuk mewujudkan sambungan yang boleh dipercayai antara putaran dan cahaya kerana jalur pelepasan terlalu lebar.
Kristal molekul nadir bumi yang dibangunkan dalam kerja ini menggabungkan dengan kemas kelebihan kedua-duanya kerana, di bawah pengujaan laser, Eu³ + boleh mengeluarkan foton yang membawa maklumat tentang putaran nuklear. Melalui eksperimen laser khusus, antara muka putaran optik/nuklear yang cekap boleh dihasilkan. Atas dasar ini, para penyelidik menyedari lebih lanjut menangani tahap putaran nuklear, penyimpanan foton yang koheren, dan pelaksanaan operasi kuantum pertama.
Untuk pengkomputeran kuantum yang cekap, berbilang qubit terjerat biasanya diperlukan. Para penyelidik menunjukkan bahawa Eu³ + dalam kristal molekul di atas boleh mencapai keterikatan kuantum melalui gandingan medan elektrik sesat, sekali gus membolehkan pemprosesan maklumat kuantum. Kerana kristal molekul mengandungi berbilang ion nadir bumi, ketumpatan qubit yang agak tinggi boleh dicapai.
Keperluan lain untuk pengkomputeran kuantum ialah kebolehalamatan qubit individu. Teknik pengalamatan optik dalam kerja ini boleh meningkatkan kelajuan bacaan dan menghalang gangguan isyarat litar. Berbanding dengan kajian terdahulu, keselarasan optik kristal molekul Eu³ + yang dilaporkan dalam kerja ini dipertingkatkan kira-kira seribu kali ganda, supaya keadaan putaran nuklear boleh dimanipulasi secara optik dengan cara tertentu.
Isyarat optik juga sesuai untuk pengedaran maklumat kuantum jarak jauh untuk menyambungkan komputer kuantum untuk komunikasi kuantum jauh. Pertimbangan lanjut boleh diberikan kepada penyepaduan kristal molekul Eu³ + baharu ke dalam struktur fotonik untuk meningkatkan isyarat bercahaya. Kerja ini menggunakan molekul nadir bumi sebagai asas untuk Internet kuantum, dan mengambil langkah penting ke arah seni bina komunikasi kuantum masa hadapan.
Masa siaran: Jan-02-2024