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 cuántico.O desenvolvemento e a aplicación da tecnoloxía da información cuántica levaranos á "era cuántica" e conseguirá 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 o Instituto de Tecnoloxía de Karlsruhe demostraron xuntos 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 ultra-estreito 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 europio de terras raras
Os estados cuánticos pódense superpoñer, polo que a información cuántica pódese superpoñer.Un único qubit pode representar simultáneamente unha variedade de estados diferentes entre 0 e 1, o que permite que os datos se procesen en paralelo en lotes.Como resultado, a potencia de computación das computadoras cuánticas aumentará exponencialmente en comparación coas computadoras dixitais tradicionais.Non obstante, para realizar operacións computacionais, a superposición de qubits debe ser capaz de persistir de forma constante durante un período de tempo.En mecánica cuántica, este período de estabilidade coñécese como o tempo de vida da coherencia.Os espíns nucleares de moléculas complexas poden alcanzar estados de superposición con longas vidas secas porque a influencia do ambiente nos espíns nucleares está efectivamente protexida.
Os ións de terras raras e os cristais moleculares son dous sistemas que se utilizaron na tecnoloxía cuántica.Os ións de terras raras teñen excelentes propiedades ópticas e de spin, pero son difíciles de integrardispositivos ópticos.Os 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 amplas.
Os cristais moleculares de terras raras desenvolvidos neste traballo combinan perfectamente as vantaxes de ambos xa que, baixo a excitación láser, Eu³ + pode emitir fotóns que transportan información sobre o espín nuclear.Mediante experimentos específicos con láser, pódese xerar unha interface de spin óptica/nuclear eficiente.Sobre esta base, os investigadores entenderon ademais o direccionamento do nivel de espín nuclear, o almacenamento coherente de fotóns e a execución da primeira operación cuántica.
Para a computación cuántica eficiente, normalmente son necesarios múltiples qubits enredados.Os investigadores demostraron que Eu³ + nos cristais moleculares anteriores pode lograr o enredo cuántico mediante o acoplamento de campos eléctricos perdidos, permitindo así o procesamento da información cuántica.Debido a que os cristais moleculares conteñen varios ións de terras raras, pódense conseguir densidades de qubit relativamente altas.
Outro requisito para a computación cuántica é a direccionabilidade dos qubits individuais.A técnica de direccionamento óptico neste traballo pode mellorar a velocidade de lectura e evitar a interferencia do sinal do circuíto.En comparación con estudos anteriores, a coherencia óptica dos cristais moleculares Eu³ + descritos neste traballo mellórase preto de mil veces, polo que os estados de espín nuclear poden ser manipulados ópticamente 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.Pódese ter máis en conta a integración de novos cristais moleculares Eu³ + na estrutura fotónica para mellorar o sinal luminoso.Este traballo utiliza moléculas de terras raras como base para Internet cuántico, e dá un paso importante cara ás futuras arquitecturas de comunicación cuántica.
Hora de publicación: Xaneiro-02-2024