Quantum Information Technology is een nieuwe informatietechnologie op basis van kwantummechanica, die codeert, berekent en verzendt de fysieke informatie inkwantumsysteem. De ontwikkeling en toepassing van kwantuminformatietechnologie zal ons in de "kwantumleeftijd" brengen en een hogere werkefficiëntie, veilige communicatiemethoden en een handiger en groene levensstijl realiseren.
De efficiëntie van communicatie tussen kwantumsystemen hangt af van hun vermogen om met licht te interageren. Het is echter erg moeilijk om een materiaal te vinden dat volledig kan profiteren van de kwantumeigenschappen van optisch.
Onlangs heeft een onderzoeksteam van het Institute of Chemistry in Parijs en het Karlsruhe Institute of Technology samen het potentieel van een moleculair kristal gebaseerd op zeldzame aardopium -ionen (EU³ +) voor toepassingen in kwantumsystemen van optisch. Ze ontdekten dat de ultra-narrow lijnbreedte-emissie van deze EU³ + moleculair kristal efficiënte interactie met licht mogelijk maakt en een belangrijke waarde heeft inkwantumcommunicatieen kwantum computing.
Figuur 1: Kwantumcommunicatie gebaseerd op zeldzame aardse moleculaire kristallen van de aarde
Quantumstaten kunnen worden gesuperponeerd, dus kwantuminformatie kan worden gesuperponeerd. Een enkele qubit kan tegelijkertijd een verscheidenheid aan verschillende toestanden tussen 0 en 1 vertegenwoordigen, waardoor gegevens parallel in batches kunnen worden verwerkt. Als gevolg hiervan zal het rekenvermogen van kwantumcomputers exponentieel toenemen in vergelijking met traditionele digitale computers. Om computationele bewerkingen uit te voeren, moet de superpositie van qubits echter gedurende een bepaalde periode gestaag kunnen aanhouden. In de kwantummechanica staat deze periode van stabiliteit bekend als de coherentie -levensduur. De nucleaire spins van complexe moleculen kunnen superpositie -toestanden bereiken met een lange droge levensduur omdat de invloed van de omgeving op nucleaire spins effectief wordt afgeschermd.
Zeldzame aardionen en moleculaire kristallen zijn twee systemen die zijn gebruikt in kwantumtechnologie. Zeldzame aardionen hebben uitstekende optische en spin -eigenschappen, maar ze zijn moeilijk te integreren inoptische apparaten. Moleculaire kristallen zijn gemakkelijker te integreren, maar het is moeilijk om een betrouwbare verbinding tussen spin en licht tot stand te brengen omdat de emissiebanden te breed zijn.
De zeldzame aardmoleculaire kristallen die in dit werk zijn ontwikkeld, combineren netjes de voordelen van beide, omdat, onder laseruitexcitatie, EU³ + fotonen kunnen uitzenden die informatie over nucleaire spin draagt. Door specifieke laser -experimenten kan een efficiënte optische/nucleaire spin -interface worden gegenereerd. Op basis hiervan realiseerden de onderzoekers zich verder met het aanpakken van nucleaire spinniveau, coherente opslag van fotonen en de uitvoering van de eerste kwantumbewerking.
Voor efficiënte kwantum computing zijn meestal meerdere verwarde qubits vereist. De onderzoekers hebben aangetoond dat EU³ + in de bovenstaande moleculaire kristallen kwantumverstrengeling kan bereiken door zwerfkoppeling met elektrische veld, waardoor de verwerking van kwantuminformaties mogelijk wordt. Omdat de moleculaire kristallen meerdere zeldzame aardionen bevatten, kunnen relatief hoge qubit -dichtheden worden bereikt.
Een andere vereiste voor kwantum computing is de adresseerbaarheid van individuele qubits. De optische adresseringstechniek in dit werk kan de leessnelheid verbeteren en de interferentie van het circuitsignaal voorkomen. In vergelijking met eerdere studies is de optische coherentie van EU³ + moleculaire kristallen gerapporteerd in dit werk met ongeveer duizend-voudig verbeterd, zodat de nucleaire spin-toestanden optisch op een specifieke manier kunnen worden gemanipuleerd.
Optische signalen zijn ook geschikt voor kwantuminformatieverdeling op lange afstand om kwantumcomputers te verbinden voor kwantumcommunicatie op afstand. Verdere overweging kan worden gegeven aan de integratie van nieuwe EU³ + moleculaire kristallen in de fotonische structuur om het lichtgevende signaal te verbeteren. Dit werk maakt gebruik van zeldzame aardmoleculen als basis voor kwantuminternet en zet een belangrijke stap in de richting van toekomstige kwantumcommunicatie -architecturen.
Posttijd: Jan-02-2024