فناوری اطلاعات کوانتومی، یک فناوری اطلاعات جدید مبتنی بر مکانیک کوانتومی است که اطلاعات فیزیکی موجود در ... را رمزگذاری، محاسبه و منتقل می‌کند.سیستم کوانتومیتوسعه و کاربرد فناوری اطلاعات کوانتومی ما را به «عصر کوانتومی» خواهد رساند و به بهره‌وری بالاتر کار، روش‌های ارتباطی امن‌تر و سبک زندگی راحت‌تر و سبزتر دست خواهد یافت.
کارایی ارتباط بین سیستم‌های کوانتومی به توانایی آنها در برهمکنش با نور بستگی دارد. با این حال، یافتن ماده‌ای که بتواند از خواص کوانتومی نور به طور کامل بهره ببرد، بسیار دشوار است.
اخیراً، یک تیم تحقیقاتی در موسسه شیمی پاریس و موسسه فناوری کارلسروهه با همکاری یکدیگر، پتانسیل یک کریستال مولکولی مبتنی بر یون‌های اروپیم خاکی کمیاب (Eu³+) را برای کاربرد در سیستم‌های کوانتومی نوری نشان دادند. آنها دریافتند که انتشار با پهنای خط بسیار باریک این کریستال مولکولی Eu³+، برهمکنش کارآمد با نور را ممکن می‌سازد و از ارزش مهمی در...ارتباطات کوانتومیو محاسبات کوانتومی
شکل ۱: ارتباط کوانتومی مبتنی بر بلورهای مولکولی اروپیوم از جنس خاک کمیاب
حالت‌های کوانتومی می‌توانند روی هم قرار گیرند، بنابراین اطلاعات کوانتومی نیز می‌توانند روی هم قرار گیرند. یک کیوبیت واحد می‌تواند همزمان انواع حالت‌های مختلف بین ۰ و ۱ را نشان دهد و امکان پردازش موازی داده‌ها را در دسته‌ها فراهم کند. در نتیجه، قدرت محاسباتی کامپیوترهای کوانتومی در مقایسه با کامپیوترهای دیجیتال سنتی به صورت تصاعدی افزایش می‌یابد. با این حال، برای انجام عملیات محاسباتی، برهم‌نهی کیوبیت‌ها باید بتواند برای یک دوره زمانی به طور پیوسته ادامه یابد. در مکانیک کوانتومی، این دوره پایداری به عنوان طول عمر همدوسی شناخته می‌شود. اسپین‌های هسته‌ای مولکول‌های پیچیده می‌توانند به حالت‌های برهم‌نهی با طول عمر خشک طولانی دست یابند، زیرا تأثیر محیط بر اسپین‌های هسته‌ای به طور مؤثر محافظت می‌شود.
یون‌های عناصر خاکی کمیاب و کریستال‌های مولکولی دو سیستمی هستند که در فناوری کوانتومی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. یون‌های عناصر خاکی کمیاب خواص نوری و اسپینی عالی دارند، اما ادغام آنها در ... دشوار است.دستگاه‌های نوریکریستال‌های مولکولی راحت‌تر ادغام می‌شوند، اما ایجاد یک ارتباط قابل اعتماد بین اسپین و نور دشوار است زیرا نوارهای گسیل بسیار پهن هستند.
بلورهای مولکولی عناصر خاکی کمیاب که در این کار توسعه یافته‌اند، مزایای هر دو را به طور کامل ترکیب می‌کنند، به این صورت که تحت تحریک لیزری، Eu³+ می‌تواند فوتون‌هایی را منتشر کند که حاوی اطلاعاتی در مورد اسپین هسته‌ای هستند. از طریق آزمایش‌های لیزری خاص، می‌توان یک رابط نوری/اسپین هسته‌ای کارآمد ایجاد کرد. بر این اساس، محققان آدرس‌دهی سطح اسپین هسته‌ای، ذخیره‌سازی منسجم فوتون‌ها و اجرای اولین عملیات کوانتومی را بیشتر محقق کردند.
برای محاسبات کوانتومی کارآمد، معمولاً به چندین کیوبیت درهم‌تنیده نیاز است. محققان نشان دادند که Eu³+ در بلورهای مولکولی فوق می‌تواند از طریق جفت‌شدگی میدان الکتریکی سرگردان به درهم‌تنیدگی کوانتومی دست یابد و در نتیجه پردازش اطلاعات کوانتومی را امکان‌پذیر سازد. از آنجا که بلورهای مولکولی حاوی چندین یون خاکی کمیاب هستند، می‌توان به چگالی‌های کیوبیت نسبتاً بالایی دست یافت.
یکی دیگر از الزامات محاسبات کوانتومی، قابلیت آدرس‌دهی کیوبیت‌های منفرد است. تکنیک آدرس‌دهی نوری در این کار می‌تواند سرعت خواندن را بهبود بخشد و از تداخل سیگنال مدار جلوگیری کند. در مقایسه با مطالعات قبلی، همدوسی نوری کریستال‌های مولکولی Eu³+ گزارش شده در این کار حدود هزار برابر بهبود یافته است، به طوری که حالت‌های اسپین هسته‌ای را می‌توان به صورت نوری به روشی خاص دستکاری کرد.
سیگنال‌های نوری همچنین برای توزیع اطلاعات کوانتومی از راه دور برای اتصال کامپیوترهای کوانتومی به منظور ارتباط کوانتومی از راه دور مناسب هستند. می‌توان ادغام کریستال‌های مولکولی جدید Eu³+ را در ساختار فوتونی برای افزایش سیگنال نوری در نظر گرفت. این کار از مولکول‌های عناصر خاکی کمیاب به عنوان پایه اینترنت کوانتومی استفاده می‌کند و گامی مهم به سوی معماری‌های ارتباطات کوانتومی آینده برمی‌دارد.
زمان ارسال: ژانویه-02-2024