La tecnologia de la informació quàntica és una nova tecnologia de la informació basada en la mecànica quàntica, que codifica, calcula i transmet la informació física continguda en...sistema quànticEl desenvolupament i l'aplicació de la tecnologia de la informació quàntica ens portarà a l'"era quàntica" i aconseguirà una major eficiència laboral, mètodes de comunicació més segurs i un estil de vida més convenient i ecològic.
L'eficiència de la comunicació entre sistemes quàntics depèn de la seva capacitat d'interactuar amb la llum. Tanmateix, és molt difícil trobar un material que pugui aprofitar al màxim les propietats quàntiques de l'òptica.
Recentment, un equip de recerca de l'Institut de Química de París i de l'Institut Tecnològic de Karlsruhe va demostrar conjuntament el potencial d'un cristall molecular basat en ions d'europi de terres rares (Eu³+) per a aplicacions en sistemes quàntics d'òptica. Van descobrir que l'emissió d'amplada de línia ultraestreta d'aquest cristall molecular d'Eu³+ permet una interacció eficient amb la llum i té un valor important encomunicació quànticai la computació quàntica.
Figura 1: Comunicació quàntica basada en cristalls moleculars d'europi de terres rares
Els estats quàntics es poden superposar, de manera que la informació quàntica es pot superposar. Un sol qubit pot representar simultàniament una varietat d'estats diferents entre 0 i 1, permetent que les dades es processin en paral·lel per lots. Com a resultat, la potència de càlcul dels ordinadors quàntics augmentarà exponencialment en comparació amb els ordinadors digitals tradicionals. Tanmateix, per tal de realitzar operacions computacionals, la superposició de qubits ha de poder persistir de manera constant durant un període de temps. En mecànica quàntica, aquest període d'estabilitat es coneix com a temps de vida de coherència. Els espins nuclears de molècules complexes poden aconseguir estats de superposició amb vides de vida seques llargues perquè la influència de l'entorn sobre els espins nuclears està eficaçment protegida.
Els ions de terres rares i els cristalls moleculars són dos sistemes que s'han utilitzat en la tecnologia quàntica. Els ions de terres rares tenen excel·lents propietats òptiques i d'espín, però són difícils d'integrar en...dispositius òpticsEls cristalls moleculars són més fàcils d'integrar, però és difícil establir una connexió fiable entre l'espín i la llum perquè les bandes d'emissió són massa amples.
Els cristalls moleculars de terres rares desenvolupats en aquest treball combinen perfectament els avantatges d'ambdós, ja que, sota excitació làser, l'Eu³+ pot emetre fotons que porten informació sobre l'espín nuclear. Mitjançant experiments làser específics, es pot generar una interfície òptica/d'espín nuclear eficient. Sobre aquesta base, els investigadors van aconseguir l'adreçament a nivell d'espín nuclear, l'emmagatzematge coherent de fotons i l'execució de la primera operació quàntica.
Per a una computació quàntica eficient, normalment es requereixen múltiples qubits entrellaçats. Els investigadors van demostrar que l'Eu³+ en els cristalls moleculars anteriors pot aconseguir l'entrellaçament quàntic mitjançant l'acoblament de camps elèctrics dispersos, permetent així el processament d'informació quàntica. Com que els cristalls moleculars contenen múltiples ions de terres rares, es poden aconseguir densitats de qubits relativament altes.
Un altre requisit per a la computació quàntica és l'adreçabilitat dels qubits individuals. La tècnica d'adreçament òptic en aquest treball pot millorar la velocitat de lectura i evitar la interferència del senyal del circuit. En comparació amb estudis anteriors, la coherència òptica dels cristalls moleculars d'Eu³+ descrits en aquest treball millora aproximadament mil vegades, de manera que els estats d'espín nuclear es poden manipular òpticament d'una manera específica.
Els senyals òptics també són adequats per a la distribució d'informació quàntica a llarga distància per connectar ordinadors quàntics per a la comunicació quàntica remota. Es podria considerar més a fons la integració de nous cristalls moleculars d'Eu³+ a l'estructura fotònica per millorar el senyal lluminós. Aquest treball utilitza molècules de terres rares com a base per a l'Internet quàntic i fa un pas important cap a futures arquitectures de comunicació quàntica.
Data de publicació: 02-01-2024