Komunikimi kuantik: molekulat, elementët e rrallë të tokës dhe optikët

Teknologjia kuantike e informacionit është një teknologji e re informacioni e bazuar në mekanikën kuantike, e cila kodon, llogarit dhe transmeton informacionin fizik të përmbajtur nësistemi kuantikZhvillimi dhe zbatimi i teknologjisë së informacionit kuantik do të na çojë në "epokën kuantike" dhe do të realizojë efikasitet më të lartë në punë, metoda komunikimi më të sigurta dhe një mënyrë jetese më të përshtatshme dhe më ekologjike.

Efikasiteti i komunikimit midis sistemeve kuantike varet nga aftësia e tyre për të bashkëvepruar me dritën. Megjithatë, është shumë e vështirë të gjesh një material që mund të përfitojë plotësisht nga vetitë kuantike të dritës optike.

Kohët e fundit, një ekip kërkimor në Institutin e Kimisë në Paris dhe Institutin e Teknologjisë në Karlsruhe demonstruan së bashku potencialin e një kristali molekular të bazuar në jonet e europiumit të tokës së rrallë (Eu³ +) për aplikime në sistemet kuantike optike. Ata zbuluan se emetimi ultra i ngushtë i gjerësisë së vijës së këtij kristali molekular Eu³ + mundëson ndërveprim efikas me dritën dhe ka vlerë të rëndësishme nëkomunikim kuantikdhe informatikën kuantike.

Figura 1: Komunikimi kuantik bazuar në kristalet molekulare të europiumit të tokës së rrallë

Gjendjet kuantike mund të mbivendosen, kështu që informacioni kuantik mund të mbivendoset. Një kubit i vetëm mund të përfaqësojë njëkohësisht një sërë gjendjesh të ndryshme midis 0 dhe 1, duke lejuar që të dhënat të përpunohen paralelisht në grupe. Si rezultat, fuqia llogaritëse e kompjuterëve kuantikë do të rritet në mënyrë eksponenciale krahasuar me kompjuterët tradicionalë dixhitalë. Megjithatë, për të kryer operacione llogaritëse, mbivendosja e kubitëve duhet të jetë në gjendje të vazhdojë në mënyrë të qëndrueshme për një periudhë kohore. Në mekanikën kuantike, kjo periudhë stabiliteti njihet si jetëgjatësia e koherencës. Spin-et bërthamore të molekulave komplekse mund të arrijnë gjendje mbivendosjeje me jetëgjatësi të gjata të thata sepse ndikimi i mjedisit në spin-et bërthamore është i mbrojtur në mënyrë efektive.

Jonet e tokës së rrallë dhe kristalet molekulare janë dy sisteme që janë përdorur në teknologjinë kuantike. Jonet e tokës së rrallë kanë veti të shkëlqyera optike dhe të spinit, por janë të vështira për t'u integruar në to.pajisje optikeKristalet molekulare janë më të lehta për t'u integruar, por është e vështirë të krijohet një lidhje e besueshme midis spinit dhe dritës sepse brezat e emetimit janë shumë të gjerë.

Kristalet molekulare të metaleve të rralla të tokës të zhvilluara në këtë punim kombinojnë në mënyrë të përkryer avantazhet e të dyjave, në atë që, nën ngacmimin me lazer, Eu³+ mund të emetojë fotone që mbajnë informacion rreth spinit bërthamor. Përmes eksperimenteve specifike me lazer, mund të gjenerohet një ndërfaqe efikase optike/spin bërthamor. Mbi këtë bazë, studiuesit realizuan më tej adresimin e nivelit të spinit bërthamor, ruajtjen koherente të fotoneve dhe ekzekutimin e operacionit të parë kuantik.

Për një informatikë kuantike efikase, zakonisht kërkohen kubite të shumëfishta të ngatërruara. Studiuesit demonstruan se Eu³+ në kristalet molekulare të mësipërme mund të arrijnë ngatërrim kuantik përmes çiftëzimit të fushës elektrike të humbur, duke mundësuar kështu përpunimin e informacionit kuantik. Meqenëse kristalet molekulare përmbajnë jone të shumëfishta të tokës së rrallë, mund të arrihen dendësi relativisht të larta të kubiteve.

Një tjetër kërkesë për informatikën kuantike është adresueshmëria e kubitëve individualë. Teknika e adresimit optik në këtë punim mund të përmirësojë shpejtësinë e leximit dhe të parandalojë ndërhyrjen e sinjalit të qarkut. Krahasuar me studimet e mëparshme, koherenca optike e kristaleve molekulare Eu³+ të raportuara në këtë punim është përmirësuar me rreth një mijë herë, në mënyrë që gjendjet e spinit bërthamor të mund të manipulohen optikisht në një mënyrë specifike.

Sinjalet optike janë gjithashtu të përshtatshme për shpërndarjen e informacionit kuantik në distanca të gjata për të lidhur kompjuterët kuantikë për komunikim kuantik në distancë. Mund të merret në konsideratë më tej integrimi i kristaleve të reja molekulare Eu³+ në strukturën fotonike për të përmirësuar sinjalin ndriçues. Kjo punë përdor molekula të rralla të tokës si bazë për internetin kuantik dhe bën një hap të rëndësishëm drejt arkitekturave të ardhshme të komunikimit kuantik.