Quantum Information Technology är en ny informationsteknologi baserad på kvantmekanik, som kodar, beräknar och överför den fysiska informationen ikvantesystem. Utvecklingen och tillämpningen av kvantinformationsteknologi kommer att föra oss in i "kvantåldern" och realisera högre arbetseffektivitet, säkrare kommunikationsmetoder och bekvämare och grön livsstil.
Effektiviteten i kommunikationen mellan kvantsystem beror på deras förmåga att interagera med ljus. Det är emellertid mycket svårt att hitta ett material som kan dra full nytta av kvantegenskaperna hos optiska.
Nyligen visade ett forskargrupp vid Institute of Chemistry i Paris och Karlsruhe Institute of Technology tillsammans potentialen för en molekylkristall baserad på sällsynta jordjordjoner (EU³ +) för tillämpningar i kvantsystem av optiska. De fann att den ultra-staglinjete-utsläppet av denna EU³ + molekylära kristall möjliggör effektiv interaktion med ljus och har viktigt värde ikvantkommunikationoch kvantberäkning.
Bild 1: Kvantkommunikation baserad på sällsynta jordjordens molekylära kristaller
Kvanttillstånd kan överlagras, så kvantinformation kan överlagras. En enda qubit kan samtidigt representera en mängd olika tillstånd mellan 0 och 1, vilket gör att data kan behandlas parallellt i partier. Som ett resultat kommer datorkraften för kvantdatorer att öka exponentiellt jämfört med traditionella digitala datorer. För att utföra beräkningsoperationer måste emellertid superpositionen av qubits kunna fortsätta stadigt under en tid. I kvantmekanik kallas denna stabilitetsperiod som koherenslivslängden. Kärnkraftspinnet av komplexa molekyler kan uppnå superpositionstillstånd med lång torr livslängd eftersom miljöns inflytande på kärnkraftspinn effektivt är skyddat.
Sällsynta jordjoner och molekylkristaller är två system som har använts i kvantteknik. Sällsynta jordjoner har utmärkta optiska och spinnegenskaper, men de är svåra att integreras ioptiska enheter. Molekylära kristaller är lättare att integrera, men det är svårt att upprätta en pålitlig koppling mellan snurr och ljus eftersom emissionbanden är för breda.
De sällsynta jordartsmolekylkristallerna som utvecklats i detta arbete kombinerar snyggt fördelarna med båda i det, under laserexcitering, EU³ + kan avge fotoner som bär information om kärnkraftspinn. Genom specifika laserexperiment kan ett effektivt optiskt/kärnkraftsgränssnitt genereras. På grundval av detta realiserade forskarna ytterligare kärnspinnnivå adressering, sammanhängande lagring av fotoner och genomförandet av den första kvantoperationen.
För effektiv kvantberäkning krävs vanligtvis flera intrasslade qubits. Forskarna demonstrerade att EU³ + i ovanstående molekylära kristaller kan uppnå kvantförvirring genom stray elektrisk fältkoppling, vilket möjliggör kvantinformationsbehandling. Eftersom de molekylära kristallerna innehåller flera sällsynta jordjonjoner kan relativt höga qubit -densiteter uppnås.
Ett annat krav för kvantberäkning är adresserbarheten för enskilda qubits. Den optiska adresseringstekniken i detta arbete kan förbättra läshastigheten och förhindra att kretssignalen störs. Jämfört med tidigare studier förbättras den optiska koherensen av EU³ + molekylkristaller som rapporteras i detta arbete med cirka tusen gånger, så att kärnspinnstillstånd kan manipuleras optiskt på ett specifikt sätt.
Optiska signaler är också lämpliga för distribution av kvantinformation för lång avstånd för att ansluta kvantdatorer för fjärrkvantkommunikation. Ytterligare hänsyn kan tas till integrationen av nya EU³ + molekylära kristaller i den fotoniska strukturen för att förbättra den lysande signalen. Detta arbete använder sällsynta jordmolekyler som grund för kvantinternet och tar ett viktigt steg mot framtida kvantkommunikationsarkitekturer.
Posttid: Jan-02-2024