Kvantinformationsteknologi er en ny informationsteknologi baseret på kvantemekanik, der koder, beregner og overfører de fysiske oplysninger, der er indeholdt ikvantesystem. Udviklingen og anvendelsen af kvanteinformationsteknologi bringer os ind i "kvantealderen" og realiserer højere arbejdseffektivitet, mere sikre kommunikationsmetoder og mere praktisk og grøn livsstil.
Effektiviteten af kommunikation mellem kvantesystemer afhænger af deres evne til at interagere med lys. Det er dog meget vanskeligt at finde et materiale, der kan drage fuld fordel af kvanteegenskaberne for optisk.
For nylig demonstrerede et forskerteam ved Institute of Chemistry i Paris og Karlsruhe Institute of Technology tilsammen potentialet for en molekylær krystal baseret på sjældne Earth Europium -ioner (EU³ +) til applikationer i kvantesystemer af optisk. De fandt ud af, at den ultra-narrow linebredde-emission af denne EU³ + molekylære krystal muliggør effektiv interaktion med lys og har en vigtig værdi iKvantekommunikationog kvanteberegning.
Figur 1: Kvantekommunikation baseret på sjældne jord Europium molekylære krystaller
Kvantetilstande kan overlejres, så kvanteinformation kan overlejres. En enkelt qubit kan samtidig repræsentere en række forskellige tilstande mellem 0 og 1, hvilket gør det muligt at behandle data parallelt i batches. Som et resultat øges computerkraften for kvantecomputere eksponentielt sammenlignet med traditionelle digitale computere. For at udføre beregningsmæssige operationer skal superpositionen af qubits imidlertid være i stand til at fortsætte støt i en periode. I kvantemekanik er denne periode med stabilitet kendt som sammenhængens levetid. De nukleare spins af komplekse molekyler kan opnå superpositionstilstande med lang tør levetid, fordi miljøets indflydelse på nukleare spins er faktisk afskærmet.
Sjældne jordioner og molekylære krystaller er to systemer, der er blevet brugt i kvanteteknologi. Sjældne jord ioner har fremragende optiske og spin egenskaber, men de er vanskelige at blive integreret iOptiske enheder. Molekylære krystaller er lettere at integrere, men det er vanskeligt at etablere en pålidelig forbindelse mellem spin og lys, fordi emissionsbåndene er for brede.
De sjældne jordmolekylære krystaller, der er udviklet i dette arbejde, kombinerer pænt fordelene ved begge, i det, under laser -excitation, EU³ + kan udsende fotoner, der bærer information om nuklear spin. Gennem specifikke lasereksperimenter kan der genereres en effektiv optisk/nuklear spin -grænseflade. På dette grundlag realiserede forskerne yderligere at toppinniveau -adressering, sammenhængende opbevaring af fotoner og udførelsen af den første kvanteoperation.
For effektiv kvanteberegning kræves normalt flere sammenfiltrede qubits. Forskerne demonstrerede, at EU³ + i de ovennævnte molekylære krystaller kan opnå kvanteforvikling gennem omstrejfende elektrisk feltkobling, hvilket muliggør behandling af kvanteinformation. Fordi de molekylære krystaller indeholder flere sjældne jordioner, kan der opnås relativt høje qubit -densiteter.
Et andet krav til kvanteberegning er adresserbarheden af individuelle qubits. Den optiske adresseringsteknik i dette arbejde kan forbedre læsehastigheden og forhindre interferensen af kredsløbssignalet. Sammenlignet med tidligere undersøgelser forbedres den optiske kohærens af Eu³ + molekylære krystaller, der er rapporteret i dette arbejde, med cirka tusind gange, så de nukleare spin-tilstande kan manipuleres optisk på en bestemt måde.
Optiske signaler er også egnede til langdistance-kvanteinformationsfordeling for at forbinde kvantecomputere til fjerntliggende kvantekommunikation. Der kunne tages yderligere hensyn til integrationen af nye EU³ + molekylære krystaller i den fotoniske struktur for at forbedre det lysende signal. Dette arbejde bruger sjældne jordmolekyler som grundlag for Quantum Internet og tager et vigtigt skridt hen imod fremtidige kvantekommunikationsarkitekturer.
Posttid: Jan-02-2024