A tecnoloxía da información cuántica é unha nova tecnoloxía da información baseada na mecánica cuántica que codifica, calcula e transmite a información física contida ensistema cuánticoO desenvolvemento e a aplicación da tecnoloxía da información cuántica levaranos á "era cuántica" e lograrán unha maior eficiencia laboral, métodos de comunicación máis seguros e un estilo de vida máis cómodo e ecolóxico.
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 do Instituto Tecnolóxico de Karlsruhe demostraron conxuntamente o potencial dun cristal molecular baseado en ións de europio de terras raras (Eu³+) para aplicacións en sistemas cuánticos de óptica. Descubriron que a emisión de ancho de liña ultraestreito deste cristal molecular de Eu³+ permite unha interacción eficiente coa luz e ten un valor importante encomunicación cuánticae a computación cuántica.
Figura 1: Comunicación cuántica baseada en cristais moleculares de europio de terras raras
Os estados cuánticos pódense superpoñer, polo que a información cuántica pode superpoñerse. Un só cúbit pode representar simultaneamente unha variedade de estados diferentes entre 0 e 1, o que permite que os datos se procesen en paralelo por lotes. Como resultado, a potencia de cálculo dos ordenadores cuánticos aumentará exponencialmente en comparación cos ordenadores dixitais tradicionais. Non obstante, para realizar operacións computacionais, a superposición de cúbits debe poder persistir de forma constante durante un período de tempo. Na mecánica cuántica, este período de estabilidade coñécese como tempo de vida de coherencia. Os espíns nucleares de moléculas complexas poden alcanzar estados de superposición con tempos de vida secos longos porque a influencia do ambiente nos espíns nucleares está protexida eficazmente.
Os ións de terras raras e os cristais moleculares son dous sistemas que se empregaron na tecnoloxía cuántica. Os ións de terras raras teñen excelentes propiedades ópticas e de espín, pero son difíciles de integrar endispositivos ópticosOs cristais moleculares son máis fáciles de integrar, pero é difícil establecer unha conexión fiable entre o espín e a luz porque as bandas de emisión son demasiado anchas.
Os cristais moleculares de terras raras desenvolvidos neste traballo combinan perfectamente as vantaxes de ambos, xa que, baixo excitación láser, o Eu³+ pode emitir fotóns que transportan información sobre o espín nuclear. Mediante experimentos láser específicos, pódese xerar unha interface óptica/de espín nuclear eficiente. Sobre esta base, os investigadores conseguiron ademais o direccionamento a nivel de espín nuclear, o almacenamento coherente de fotóns e a execución da primeira operación cuántica.
Para unha computación cuántica eficiente, adoitan ser necesarios varios cúbits entrelazados. Os investigadores demostraron que o Eu³+ nos cristais moleculares mencionados pode lograr o entrelazamento cuántico mediante o acoplamento de campos eléctricos dispersos, o que permite o procesamento da información cuántica. Debido a que os cristais moleculares conteñen varios ións de terras raras, pódense conseguir densidades de cúbits relativamente altas.
Outro requisito para a computación cuántica é a capacidade de enderezo dos cúbits individuais. A técnica de enderezo óptico deste traballo pode mellorar a velocidade de lectura e evitar a interferencia do sinal do circuíto. En comparación con estudos previos, a coherencia óptica dos cristais moleculares de Eu³+ descrita neste traballo mellórase aproximadamente mil veces, de xeito que os estados de espín nuclear poden manipularse opticamente dun xeito específico.
Os sinais ópticos tamén son axeitados para a distribución de información cuántica a longa distancia para conectar ordenadores cuánticos para a comunicación cuántica remota. Poderíase considerar máis a integración de novos cristais moleculares de Eu³+ na estrutura fotónica para mellorar o sinal luminoso. Este traballo utiliza moléculas de terras raras como base para a Internet cuántica e supón un paso importante cara ás futuras arquitecturas de comunicación cuántica.
Data de publicación: 02-01-2024