Kvantuminformasjonsteknologi er en ny informasjonsteknologi basert på kvantemekanikk, som koder, beregner og overfører den fysiske informasjonen ikvantesystem. Utvikling og anvendelse av kvanteinformasjonsteknologi vil bringe oss inn i "kvantealderen", og realisere høyere arbeidseffektivitet, sikrere kommunikasjonsmetoder og mer praktisk og grønn livsstil.
Effektiviteten av kommunikasjon mellom kvantesystemer avhenger av deres evne til å samhandle med lys. Imidlertid er det veldig vanskelig å finne et materiale som kan dra full nytte av kvanteegenskapene til optisk.
Nylig demonstrerte et forskerteam ved Institute of Chemistry i Paris og Karlsruhe Institute of Technology potensialet til en molekylær krystall basert på Rare Earth Europium -ioner (EU³ +) for anvendelser i kvantesystemer for optisk. De fant ut at Ultra-Narrow LineWidth Emission of This Eu³ + Molecular Crystal muliggjør effektiv interaksjon med lys og har viktig verdi iKvantekommunikasjonog kvanteberegning.
Figur 1: Kvantumkommunikasjon basert på sjeldne jordens europiummolekylære krystaller
Kvantetilstander kan legges over, slik at kvanteinformasjon kan overlegges. En enkelt quit kan samtidig representere en rekke forskjellige tilstander mellom 0 og 1, slik at data kan behandles parallelt i partier. Som et resultat vil datakraften til kvantedatamaskiner øke eksponentielt sammenlignet med tradisjonelle digitale datamaskiner. For å utføre beregningsoperasjoner, må imidlertid superposisjonen av qubits kunne vedvare jevnlig i en periode. I kvantemekanikk er denne stabilitetsperioden kjent som koherensens levetid. De kjernefysiske spinnene til komplekse molekyler kan oppnå superposisjonstilstander med lang tørr levetid fordi påvirkning av miljø på kjernefysiske spinn er effektivt skjermet.
Sjeldne jordioner og molekylære krystaller er to systemer som har blitt brukt i kvanteteknologi. Sjeldne jordioner har utmerkede optiske og spinnegenskaper, men de er vanskelige å bli integrert ioptiske enheter. Molekylære krystaller er lettere å integrere, men det er vanskelig å etablere en pålitelig forbindelse mellom spinn og lys fordi utslippsbåndene er for brede.
De sjeldne jordmolekylære krystaller som er utviklet i dette arbeidet, kombinerer pent fordelene ved begge ved at EU³ + + under lasereksitasjon kan avgi fotoner som bærer informasjon om kjernefysisk spinn. Gjennom spesifikke lasereksperimenter kan et effektivt optisk/kjernefysisk spinngrensesnitt genereres. På dette grunnlaget realiserte forskerne ytterligere at nukleær spinnnivå adressering, sammenhengende lagring av fotoner og utførelsen av den første kvanteoperasjonen.
For effektiv kvanteberegning er det vanligvis nødvendig med flere sammenfiltrede qubits. Forskerne demonstrerte at Eu³ + i de ovennevnte molekylære krystaller kan oppnå kvanteforvikling gjennom forvillede elektriske feltkoblinger, og dermed muliggjøre kvanteinformasjonsbehandling. Fordi de molekylære krystaller inneholder flere sjeldne jordioner, kan relativt høye qubit -tettheter oppnås.
Et annet krav for Quantum Computing er adresserbarheten til individuelle qubits. Den optiske adresseteknikken i dette arbeidet kan forbedre lesehastigheten og forhindre interferens av kretssignalet. Sammenlignet med tidligere studier, forbedres den optiske koherensen av Eu³ + molekylære krystaller i dette arbeidet med omtrent tusen ganger, slik at kjernefysiske spinntilstandene kan manipuleres optisk på en spesifikk måte.
Optiske signaler er også egnet for langdistanse kvanteinformasjonsfordeling for å koble kvante datamaskiner for ekstern kvantekommunikasjon. Det kan tas ytterligere hensyn til integrering av nye Eu³ + molekylære krystaller i den fotoniske strukturen for å forbedre det lysende signalet. Dette arbeidet bruker sjeldne jordmolekyler som grunnlag for kvanteinternett, og tar et viktig skritt mot fremtidige kvantekommunikasjonsarkitekturer.
Post Time: Jan-02-2024