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 ensistema quàntic.El 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 còmode i verd.
L'eficiència de la comunicació entre sistemes quàntics depèn de la seva capacitat d'interaccionar amb la llum.No obstant això, és molt difícil trobar un material que pugui aprofitar al màxim les propietats quàntiques de l'òptica.
Recentment, un equip d'investigació de l'Institut de Química de París i l'Institut de Tecnologia de Karlsruhe van demostrar junts el potencial d'un cristall molecular basat en ions d'europi de terres rares (Eu³ +) per a aplicacions en sistemes quàntics d'òptica.Van trobar que l'emissió d'amplada de línia ultra estreta d'aquest cristall molecular 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 únic qubit pot representar simultàniament una varietat d'estats diferents entre 0 i 1, permetent que les dades es processin en paral·lel en 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 el temps de vida de la coherència.Els girs nuclears de molècules complexes poden assolir estats de superposició amb llargues vides seques perquè la influència de l'entorn en els girs 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 de gir, però són difícils d'integrar-hidispositius òptics.Els cristalls moleculars són més fàcils d'integrar, però és difícil establir una connexió fiable entre gir i llum perquè les bandes d'emissió són massa àmplies.
Els cristalls moleculars de terres rares desenvolupats en aquest treball combinen perfectament els avantatges d'ambdós ja que, sota l'excitació làser, Eu³ + pot emetre fotons que porten informació sobre l'espin nuclear.Mitjançant experiments làser específics, es pot generar una interfície de spin òptica/nuclear eficient.Sobre aquesta base, els investigadors es van adonar encara més de l'adreçament del nivell de spin 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 Eu³ + en els cristalls moleculars anteriors poden aconseguir l'entrellat quàntic mitjançant l'acoblament de camp elèctric perdut, permetent així el processament de la informació quàntica.Com que els cristalls moleculars contenen múltiples ions de terres rares, es poden aconseguir densitats de qubit relativament altes.
Un altre requisit per a la computació quàntica és l'adreçabilitat dels qubits individuals.La tècnica d'adreçament òptic d'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 Eu³ + reportats en aquest treball es millora aproximadament mil vegades, de manera que els estats de spin 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 la integració de nous cristalls moleculars Eu³ + a l'estructura fotònica per millorar el senyal lluminós.Aquest treball utilitza molècules de terres rares com a base per a Internet quàntic i fa un pas important cap a les futures arquitectures de comunicació quàntica.
Hora de publicació: 02-gen-2024