Teknologi Maklumat Kuantum adalah teknologi maklumat baru berdasarkan mekanik kuantum, yang mengkodekan, mengira dan menghantar maklumat fizikal yang terkandung dalamSistem kuantum. Pembangunan dan penerapan teknologi maklumat kuantum akan membawa kita ke dalam "usia kuantum", dan merealisasikan kecekapan kerja yang lebih tinggi, kaedah komunikasi yang lebih selamat dan gaya hidup yang lebih mudah dan hijau.
Kecekapan komunikasi antara sistem kuantum bergantung kepada keupayaan mereka untuk berinteraksi dengan cahaya. Walau bagaimanapun, sangat sukar untuk mencari bahan yang boleh memanfaatkan sepenuhnya sifat kuantum optik.
Baru -baru ini, pasukan penyelidikan 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 linewidth ultra-sempit EU³ + kristal molekul 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
Negara -negara kuantum boleh ditapis, jadi maklumat kuantum boleh ditumpangkan. Satu qubit tunggal boleh secara serentak mewakili pelbagai negeri yang berbeza antara 0 dan 1, yang membolehkan data diproses selari dalam kelompok. Akibatnya, kuasa pengkomputeran komputer kuantum akan meningkat secara eksponen berbanding dengan komputer digital tradisional. Walau bagaimanapun, untuk melaksanakan operasi pengiraan, superposisi qubit mesti dapat bertahan dengan mantap untuk tempoh masa. Dalam mekanik kuantum, tempoh kestabilan ini dikenali sebagai seumur hidup koheren. Putaran nuklear molekul kompleks dapat mencapai keadaan superposisi dengan jangka hayat kering yang panjang kerana pengaruh alam sekitar pada putaran nuklear secara efektif dilindungi.
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 mereka sukar diintegrasikanPeranti optik. Kristal molekul lebih mudah diintegrasikan, tetapi sukar untuk mewujudkan sambungan yang boleh dipercayai antara spin dan cahaya kerana band pelepasan terlalu luas.
Kristal molekul nadir bumi yang dibangunkan dalam kerja ini dengan rapi menggabungkan kelebihan kedua -duanya, di bawah pengujaan laser, EU³ + boleh memancarkan foton yang membawa maklumat mengenai putaran nuklear. Melalui eksperimen laser tertentu, antara muka spin optik/nuklear yang cekap dapat dihasilkan. Atas dasar ini, para penyelidik terus merealisasikan penulisan tahap putaran nuklear, penyimpanan foton yang koheren, dan pelaksanaan operasi kuantum pertama.
Untuk pengkomputeran kuantum yang cekap, pelbagai qubit terikat biasanya diperlukan. Para penyelidik menunjukkan bahawa EU³ + dalam kristal molekul di atas dapat mencapai kelemahan kuantum melalui gandingan medan elektrik sesat, sehingga membolehkan pemprosesan maklumat kuantum. Kerana kristal molekul mengandungi pelbagai ion nadir bumi, kepadatan qubit yang agak tinggi dapat dicapai.
Keperluan lain untuk pengkomputeran kuantum adalah kebolehpercayaan qubit individu. Teknik pengaturcaraan optik dalam kerja ini dapat meningkatkan kelajuan bacaan dan mencegah gangguan isyarat litar. Berbanding dengan kajian terdahulu, koheren optik EU³ + kristal molekul yang dilaporkan dalam kerja ini diperbaiki dengan 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 integrasi kristal molekul EU³ + baru 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 depan.
Masa Post: Jan-02-2024