A tecnoloxía da información cuántica é unha nova tecnoloxía da información baseada na mecánica cuántica, que codifica, calcula e transmite a información física contidaSistema cuántico. O desenvolvemento e aplicación da tecnoloxía da información cuántica levarannos á "idade cuántica" e realizarán unha maior eficiencia laboral, métodos de comunicación máis seguros e un estilo de vida máis cómodo e verde.
A eficiencia da comunicación entre sistemas cuánticos depende da súa capacidade para interactuar coa luz. Non obstante, é moi difícil atopar un material que poida aproveitar ao máximo as propiedades cuánticas da óptica.
Recentemente, un equipo de investigación do Instituto de Química de París e o Instituto de Tecnoloxía de Karlsruhe demostraron xuntos o potencial dun cristal molecular baseado en ións de Europio de terra rara (Eu³ +) para aplicacións en sistemas cuánticos de óptica. Descubriron que a emisión de ancho de liña ultra-narrow deste cristal molecular EU³ + permite unha interacción eficiente coa luz e ten un valor importante enComunicación cuánticae computación cuántica.
Figura 1: Comunicación cuántica baseada en cristais moleculares de Europium Europium
Os estados cuánticos pódense superpoñer, polo que a información cuántica pode superarse. Un único qubit pode representar simultaneamente unha variedade de diferentes estados entre 0 e 1, permitindo que os datos sexan procesados en paralelo en lotes. Como resultado, o poder informático dos ordenadores cuánticos aumentará exponencialmente en comparación cos ordenadores dixitais tradicionais. Non obstante, para realizar operacións computacionais, a superposición de Qubits debe ser capaz de persistir constantemente durante un período de tempo. Na mecánica cuántica, este período de estabilidade coñécese como toda a vida de coherencia. As rotacións nucleares de moléculas complexas poden alcanzar estados de superposición con longas vidas secas porque a influencia do ambiente nos xiros nucleares está blindada efectivamente.
Os ións de terra rara e os cristais moleculares son dous sistemas que se empregaron na tecnoloxía cuántica. Os ións de terra rara teñen excelentes propiedades ópticas e de xiro, pero son difíciles de integrarDispositivos ópticos. Os cristais moleculares son máis fáciles de integrar, pero é difícil establecer unha conexión fiable entre o spin e a luz porque as bandas de emisión son demasiado anchas.
Os cristais moleculares de terra rara desenvolvidos neste traballo combinan perfectamente as vantaxes de ambos en que, baixo excitación láser, EU³ + pode emitir fotóns que transportan información sobre o xiro nuclear. A través de experimentos con láser específicos, pódese xerar unha interface de rotación óptica/nuclear eficiente. Sobre esta base, os investigadores realizaron aínda máis o enderezo de nivel de xiro nuclear, o almacenamento coherente de fotóns e a execución da primeira operación cuántica.
Para unha computación cuántica eficiente, normalmente son necesarios múltiples qubits enredados. Os investigadores demostraron que eu³ + nos cristais moleculares anteriores pode alcanzar o enredamento cuántico mediante acoplamiento de campo eléctrico perdido, permitindo así o procesamento cuántico de información. Debido a que os cristais moleculares conteñen múltiples ións de terra rara, pódense conseguir densidades de qubit relativamente altas.
Outro dos requisitos para a computación cuántica é a abordabilidade dos qubits individuais. A técnica de dirección óptica neste traballo pode mellorar a velocidade de lectura e evitar a interferencia do sinal de circuíto. En comparación con estudos anteriores, a coherencia óptica de cristais moleculares EU³ + reportados neste traballo é mellorado por aproximadamente mil veces, de xeito que os estados de xiro nuclear poden ser manipulados ópticamente dun xeito específico.
Os sinais ópticos tamén son adecuados para a distribución de información cuántica de longa distancia para conectar ordenadores cuánticos para a comunicación cuántica remota. Poderíase ter en conta a integración de novos cristais moleculares de UE³ + na estrutura fotónica para mellorar o sinal luminoso. Este traballo usa moléculas de terra rara como base para internet cuántica e dá un paso importante cara ás futuras arquitecturas de comunicación cuántica.
Tempo de publicación: xaneiro-02-2024