Komunikasi kuantum: molekul, logam mulia, jeung optik

Téhnologi informasi kuantum nyaéta téknologi informasi anyar anu dumasar kana mékanika kuantum, anu ngodekeun, ngitung, sareng ngirimkeun informasi fisik anu aya dinasistem kuantumKamekaran sareng aplikasi téknologi informasi kuantum bakal mawa urang kana "jaman kuantum", sareng ngawujudkeun efisiensi damel anu langkung luhur, metode komunikasi anu langkung aman sareng gaya hirup anu langkung merenah sareng héjo.

Efisiensi komunikasi antara sistem kuantum gumantung kana kamampuanana pikeun berinteraksi sareng cahaya. Nanging, hésé pisan pikeun mendakan bahan anu tiasa ngamangpaatkeun sacara pinuh sipat kuantum optik.

Anyar-anyar ieu, tim panalungtik di Institut Kimia di Paris sareng Institut Téknologi Karlsruhe babarengan nunjukkeun poténsi kristal molekuler dumasar kana ion europium bumi langka (Eu³ +) pikeun aplikasi dina sistem kuantum optik. Aranjeunna mendakan yén émisi linewidth ultra-sempit tina kristal molekuler Eu³ + ieu ngamungkinkeun interaksi anu efisien sareng cahaya sareng gaduh nilai penting dinakomunikasi kuantumjeung komputasi kuantum.

Gambar 1: Komunikasi kuantum dumasar kana kristal molekul europium bumi langka

Kaayaan kuantum bisa ditumpangkeun, jadi informasi kuantum bisa ditumpangkeun. Hiji qubit bisa sacara simultan ngagambarkeun rupa-rupa kaayaan anu béda antara 0 jeung 1, sahingga data bisa diolah sacara paralel dina hiji batch. Hasilna, kakuatan komputasi komputer kuantum bakal ningkat sacara éksponénsial dibandingkeun jeung komputer digital tradisional. Sanajan kitu, pikeun ngalaksanakeun operasi komputasi, superposisi qubit kudu bisa tetep ajeg salila periode waktu. Dina mékanika kuantum, periode stabilitas ieu katelah umur koherensi. Putaran nuklir molekul kompléks bisa ngahontal kaayaan superposisi kalayan umur garing anu panjang sabab pangaruh lingkungan kana puteran nuklir sacara efektif dijaga.

Ion tanah jarang sareng kristal molekuler mangrupikeun dua sistem anu parantos dianggo dina téknologi kuantum. Ion tanah jarang gaduh sipat optik sareng spin anu saé, tapi hésé diintegrasikeun dinaalat optikKristal molekular leuwih gampang diintegrasikeun, tapi hésé pikeun ngadegkeun hubungan anu tiasa dipercaya antara spin sareng cahaya sabab pita émisi teuing lega.

Kristal molekul bumi langka anu dimekarkeun dina ieu karya ngagabungkeun kaunggulan duanana dina hal, dina éksitasi laser, Eu³ + tiasa ngaluarkeun foton anu mawa inpormasi ngeunaan spin nuklir. Ngaliwatan ékspérimén laser khusus, antarmuka spin optik/nuklir anu efisien tiasa dihasilkeun. Dumasar kana ieu, para panaliti langkung sadar kana pangalamatan tingkat spin nuklir, panyimpenan foton anu koheren, sareng palaksanaan operasi kuantum anu munggaran.

Pikeun komputasi kuantum anu efisien, biasana diperyogikeun sababaraha qubit anu kaiket. Para panalungtik nunjukkeun yén Eu³ + dina kristal molekular di luhur tiasa ngahontal kaiket kuantum ngalangkungan gandengan médan listrik anu nyasar, sahingga ngamungkinkeun pamrosésan inpormasi kuantum. Kusabab kristal molekular ngandung sababaraha ion bumi langka, kapadetan qubit anu relatif luhur tiasa kahontal.

Sarat séjén pikeun komputasi kuantum nyaéta alamat qubit individu. Téhnik alamat optik dina ieu karya tiasa ningkatkeun kecepatan maca sareng nyegah gangguan sinyal sirkuit. Dibandingkeun sareng panilitian sateuacana, koherensi optik kristal molekul Eu³ + anu dilaporkeun dina ieu karya ningkat sakitar sarébu kali lipat, supados kaayaan spin nuklir tiasa dimanipulasi sacara optik ku cara anu khusus.

Sinyal optik ogé cocog pikeun distribusi informasi kuantum jarak jauh pikeun nyambungkeun komputer kuantum pikeun komunikasi kuantum jarak jauh. Pertimbangan salajengna tiasa dipasihkeun kana integrasi kristal molekul Eu³+ anyar kana struktur fotonik pikeun ningkatkeun sinyal anu bercahya. Karya ieu nganggo molekul bumi langka salaku dasar pikeun Internét kuantum, sareng nyandak léngkah penting nuju arsitéktur komunikasi kuantum ka hareup.