Teknologi maklumat kuantum ialah teknologi maklumat baharu berasaskan mekanik kuantum, yang mengekod, mengira dan menghantar maklumat fizikal yang terkandung dalamsistem kuantumPembangunan 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 mudah dan mesra alam.
Kecekapan komunikasi antara sistem kuantum bergantung pada keupayaannya untuk berinteraksi dengan cahaya. Walau bagaimanapun, sangat sukar untuk mencari bahan yang boleh memanfaatkan sepenuhnya sifat kuantum optik.
Baru-baru ini, satu pasukan penyelidikan di Institut Kimia di Paris dan Institut Teknologi Karlsruhe bersama-sama menunjukkan potensi kristal molekul berasaskan ion europium nadir bumi (Eu³+) untuk aplikasi dalam sistem kuantum optik. Mereka mendapati bahawa pancaran lebar garis ultra sempit 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 boleh mewakili pelbagai keadaan berbeza antara 0 dan 1 secara serentak, membolehkan data diproses secara selari dalam kelompok. Hasilnya, kuasa pengkomputeran komputer kuantum akan meningkat secara eksponen berbanding komputer digital tradisional. Walau bagaimanapun, untuk melaksanakan operasi pengkomputeran, superposisi qubit mesti dapat bertahan secara stabil untuk tempoh masa tertentu. 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 persekitaran pada putaran nuklear dilindungi secara berkesan.
Ion nadir bumi dan hablur molekul adalah dua sistem yang telah digunakan dalam teknologi kuantum. Ion nadir bumi mempunyai sifat optik dan spin yang sangat baik, tetapi ia sukar untuk diintegrasikan dalamperanti optik. Kristal molekul lebih mudah untuk disepadukan, tetapi sukar untuk mewujudkan hubungan yang boleh dipercayai antara spin dan cahaya kerana jalur pancaran terlalu lebar.
Kristal molekul nadir bumi yang dibangunkan dalam kajian ini menggabungkan kelebihan kedua-duanya dengan kemas di mana, di bawah pengujaan laser, Eu³+ boleh memancarkan foton yang membawa maklumat tentang putaran nuklear. Melalui eksperimen laser tertentu, antara muka putaran optik/nuklear yang cekap boleh dijana. Atas dasar ini, para penyelidik seterusnya menyedari pengalamatan aras putaran nuklear, penyimpanan foton yang koheren dan pelaksanaan operasi kuantum pertama.
Untuk pengkomputeran kuantum yang cekap, pelbagai qubit yang berbelit biasanya diperlukan. Para penyelidik menunjukkan bahawa Eu³+ dalam kristal molekul di atas boleh mencapai belit kuantum melalui gandingan medan elektrik sesat, sekali gus membolehkan pemprosesan maklumat kuantum. Oleh kerana kristal molekul mengandungi pelbagai ion nadir bumi, ketumpatan qubit yang agak tinggi boleh dicapai.
Satu lagi keperluan untuk pengkomputeran kuantum ialah kebolehalamat qubit individu. Teknik pengalamatan optik dalam kajian ini dapat meningkatkan kelajuan bacaan dan mencegah gangguan isyarat litar. Berbanding dengan kajian terdahulu, koheren optik kristal molekul Eu³+ yang dilaporkan dalam kajian ini telah diperbaiki 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 bagi menghubungkan komputer kuantum untuk komunikasi kuantum jarak 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: 02-Jan-2024