ارتباط کوانتومی: مولکول ها ، زمین های نادر و نوری

فناوری اطلاعات کوانتومی یک فناوری اطلاعات جدید مبتنی بر مکانیک کوانتومی است که اطلاعات فیزیکی موجود درسیستم کوانتومیبشر توسعه و کاربرد فناوری اطلاعات کوانتومی ما را به "عصر کوانتومی" سوق می دهد و بهره وری بالاتر کار ، روشهای ارتباط ایمن تر و سبک زندگی راحت تر و سبز را تحقق می بخشد.

کارآیی ارتباط بین سیستم های کوانتومی به توانایی آنها در تعامل با نور بستگی دارد. با این حال ، یافتن یک ماده که می تواند از خواص کوانتومی نوری استفاده کند بسیار دشوار است.

به تازگی ، یک تیم تحقیقاتی در انستیتوی شیمی در پاریس و انستیتوی فناوری کارلسروهه با هم پتانسیل یک کریستال مولکولی را بر اساس یون های نادر Europium Europium (EU³ +) برای کاربردهای موجود در سیستم های کوانتومی نوری نشان دادند. آنها دریافتند که انتشار سطح خط فوق العاده نارو از این کریستال مولکولی Eu³ + تعامل کارآمد با نور را امکان پذیر می کند و در آن ارزش مهمی داردارتباط کوانتومیو محاسبات کوانتومی.

شکل 1: ارتباطات کوانتومی مبتنی بر کریستال های مولکولی زمین نادر Earth Earth

حالت های کوانتومی قابل جابجایی هستند ، بنابراین می توان اطلاعات کوانتومی را تحت تأثیر قرار داد. یک Quit واحد به طور همزمان می تواند انواع مختلفی از حالت های مختلف را بین 0 تا 1 نشان دهد و این امکان را فراهم می کند که داده ها به صورت موازی در دسته ها پردازش شوند. در نتیجه ، قدرت محاسبات رایانه های کوانتومی در مقایسه با رایانه های دیجیتال سنتی به صورت نمایی افزایش می یابد. با این حال ، به منظور انجام عملیات محاسباتی ، فرضیه Qubits باید بتواند برای یک دوره زمانی به طور پیوسته ادامه یابد. در مکانیک کوانتومی ، این دوره از ثبات به عنوان طول عمر انسجام شناخته می شود. چرخش هسته ای مولکول های پیچیده می تواند به حالت های فوق العاده ای با طول عمر خشک دست یابد زیرا تأثیر محیط بر روی چرخش هسته ای به طور مؤثر محافظت می شود.

یونهای نادر زمین و بلورهای مولکولی دو سیستم هستند که در فناوری کوانتومی مورد استفاده قرار گرفته اند. یونهای نادر زمین دارای خاصیت نوری و چرخش عالی هستند ، اما ادغام آنها دشوار استدستگاه های نوریبشر کریستال های مولکولی برای ادغام آسان تر هستند ، اما ایجاد یک اتصال قابل اعتماد بین چرخش و نور دشوار است زیرا نوارهای انتشار بسیار گسترده هستند.

کریستالهای مولکولی نادر زمین که در این کار ایجاد شده است ، به طور مرتب مزایای هر دو را در این مورد ترکیب می کند ، تحت تحریک لیزر ، EU³ + می تواند فوتون های حامل اطلاعات مربوط به چرخش هسته ای را منتشر کند. از طریق آزمایش های لیزر خاص ، می توان یک رابط چرخش نوری/هسته ای کارآمد ایجاد کرد. بر این اساس ، محققان بیشتر متوجه سطح چرخش هسته ای ، ذخیره منسجم فوتون ها و اجرای اولین عملکرد کوانتومی شدند.

برای محاسبات کوانتومی کارآمد ، معمولاً چند قضیه درهم تنیده مورد نیاز است. محققان نشان دادند كه Eu³ + در بلورهای مولكولی فوق می تواند از طریق اتصال میدان الکتریکی ولگرد به گرفتاری کوانتومی دست یابد ، بنابراین پردازش اطلاعات کوانتومی را امکان پذیر می کند. از آنجا که کریستال های مولکولی حاوی یونهای چند خاکی نادر هستند ، می توان از تراکم نسبتاً بالایی برخوردار بود.

یکی دیگر از نیازهای محاسبات کوانتومی ، آدرس دهی Qubits است. تکنیک آدرس دهی نوری در این کار می تواند سرعت خواندن را بهبود بخشد و از تداخل سیگنال مدار جلوگیری کند. در مقایسه با مطالعات قبلی ، انسجام نوری کریستالهای مولکولی Eu³ + گزارش شده در این کار با حدود هزار برابر بهبود می یابد ، به طوری که حالت های چرخش هسته ای می توانند به صورت خاص به صورت نوری دستکاری شوند.

سیگنال های نوری نیز برای توزیع اطلاعات کوانتومی از راه دور برای اتصال رایانه های کوانتومی برای ارتباطات کوانتومی از راه دور مناسب هستند. برای تقویت سیگنال درخشان می توان به ادغام کریستال های مولکولی جدید Eu³ + در ساختار فوتونیک توجه کرد. این کار از مولکول های نادر زمین به عنوان پایه ای برای اینترنت کوانتومی استفاده می کند و گامی مهم را به سمت معماری های ارتباطی کوانتومی در آینده می برد.