Квантавая інфармацыйная тэхналогія - гэта новая інфармацыйная тэхналогія, заснаваная на квантавай механіцы, якая кадуе, вылічае і перадае фізічную інфармацыю, якая змяшчаецца ўквантавая сістэма. Развіццё і прымяненне квантавай інфармацыйнай тэхналогіі прывядзе нас у «квантавы век» і дасягне больш высокай эфектыўнасці працы, больш бяспечных метадаў сувязі і больш зручнага і экалагічнага ладу жыцця.
Эфектыўнасць сувязі паміж квантавымі сістэмамі залежыць ад іх здольнасці ўзаемадзейнічаць са святлом. Аднак вельмі цяжка знайсці матэрыял, які можа ў поўнай меры выкарыстоўваць квантавыя ўласцівасці аптыкі.
Нядаўна даследчая група з Інстытута хіміі ў Парыжы і Тэхналагічнага інстытута Карлсруэ разам прадэманстравала патэнцыял малекулярнага крышталя на аснове рэдказямельных іёнаў еўрапію (Eu³ +) для прымянення ў квантавых аптычных сістэмах. Яны выявілі, што звышвузкая шырыня лініі выпраменьвання гэтага малекулярнага крышталя Eu³ + забяспечвае эфектыўнае ўзаемадзеянне са святлом і мае важнае значэнне ўквантавая сувязьі квантавыя вылічэнні.
Малюнак 1: Квантавая сувязь на аснове рэдказямельных малекулярных крышталяў еўрапію
Квантавыя станы могуць накладвацца, таму можна накладваць квантавую інфармацыю. Адзін кубіт можа адначасова прадстаўляць мноства розных станаў ад 0 да 1, што дазваляе апрацоўваць дадзеныя паралельна ў пакетах. У выніку вылічальная магутнасць квантавых кампутараў будзе павялічвацца ў геаметрычнай прагрэсіі ў параўнанні з традыцыйнымі лічбавымі кампутарамі. Аднак для выканання вылічальных аперацый суперпазіцыя кубітаў павінна мець магчымасць пастаянна захоўвацца на працягу пэўнага перыяду часу. У квантавай механіцы гэты перыяд стабільнасці вядомы як час жыцця кагерэнтнасці. Ядзерныя спіны складаных малекул могуць дасягаць станаў суперпазіцыі з доўгім сухім часам жыцця, таму што ўплыў навакольнага асяроддзя на ядзерныя спіны эфектыўна экранаваны.
Рэдказямельныя іёны і малекулярныя крышталі - гэта дзве сістэмы, якія выкарыстоўваюцца ў квантавай тэхналогіі. Рэдказямельныя іёны валодаюць выдатнымі аптычнымі і спінавымі ўласцівасцямі, але іх цяжка інтэгравацьаптычныя прылады. Малекулярныя крышталі лягчэй інтэграваць, але цяжка ўсталяваць надзейную сувязь паміж спінам і святлом, таму што паласы выпраменьвання занадта шырокія.
Рэдказямельныя малекулярныя крышталі, распрацаваныя ў гэтай працы, акуратна спалучаюць перавагі абодвух у тым, што пры лазерным узбуджэнні Eu³ + можа выпраменьваць фатоны, якія нясуць інфармацыю аб ядзерным спіне. З дапамогай спецыяльных лазерных эксперыментаў можа быць створаны эфектыўны аптычны/ядзерны спінавы інтэрфейс. На гэтай аснове даследчыкі ў далейшым рэалізавалі адрасаванне ядзернага спінавага ўзроўню, кагерэнтнае захоўванне фатонаў і выкананне першай квантавай аперацыі.
Для эфектыўных квантавых вылічэнняў звычайна патрабуецца некалькі заблытаных кубітаў. Даследчыкі прадэманстравалі, што Eu³ + у вышэйзгаданых малекулярных крышталях можа дасягнуць квантавай заблытанасці за кошт сувязі рассеянага электрычнага поля, што дазваляе квантавую апрацоўку інфармацыі. Паколькі малекулярныя крышталі ўтрымліваюць некалькі рэдказямельных іёнаў, можна дасягнуць адносна высокай шчыльнасці кубітаў.
Яшчэ адно патрабаванне да квантавых вылічэнняў - гэта адраснасць асобных кубітаў. Тэхніка аптычнай адрасацыі ў гэтай працы можа палепшыць хуткасць чытання і прадухіліць перашкоды сігналу схемы. У параўнанні з папярэднімі даследаваннямі, аптычная кагерэнтнасць малекулярных крышталяў Eu³ +, пра якую паведамляецца ў гэтай працы, палепшылася прыкладна ў тысячу разоў, так што спінавымі станамі ядра можна аптычна маніпуляваць пэўным чынам.
Аптычныя сігналы таксама падыходзяць для распаўсюджвання квантавай інфармацыі на вялікія адлегласці для падлучэння квантавых кампутараў для аддаленай квантавай сувязі. Далей можна разгледзець пытанне аб інтэграцыі новых малекулярных крышталяў Eu³ + у фатонную структуру для ўзмацнення светлавога сігналу. Гэтая праца выкарыстоўвае рэдказямельныя малекулы ў якасці асновы для квантавага Інтэрнэту і робіць важны крок да будучых архітэктур квантавай сувязі.
Час публікацыі: 2 студзеня 2024 г