La tecnologia dell'informazione quantistica è una nuova tecnologia informatica basata sulla meccanica quantistica, che codifica, calcola e trasmette le informazioni fisiche contenute insistema quantico. Lo sviluppo e l'applicazione della tecnologia dell'informazione quantistica ci porteranno nell'età quantistica e realizzerà una maggiore efficienza di lavoro, metodi di comunicazione più sicuri e uno stile di vita più conveniente e verde.
L'efficienza della comunicazione tra i sistemi quantistici dipende dalla loro capacità di interagire con la luce. Tuttavia, è molto difficile trovare un materiale che possa sfruttare appieno le proprietà quantistiche dell'ottica.
Recentemente, un gruppo di ricerca presso l'Institute of Chemistry di Parigi e l'Istituto di tecnologia Karlsruhe hanno dimostrato insieme il potenziale di un cristallo molecolare basato su ioni Europio di terre rare (Eu³ +) per applicazioni in sistemi quantistici di ottica. Hanno scoperto che l'emissione di larghezza di linea ultra-narrata di questo cristallo molecolare Eu³ + consente un'interazione efficiente con la luce e ha un valore importante incomunicazione quantisticae calcolo quantistico.
Figura 1: comunicazione quantistica basata su cristalli molecolari europei della terra rara
Gli stati quantici possono essere sovrapposti, quindi le informazioni quantistiche possono essere sovrapposte. Un singolo qubit può rappresentare contemporaneamente una varietà di stati diversi tra 0 e 1, consentendo di elaborare i dati in parallelo nei lotti. Di conseguenza, la potenza di calcolo dei computer quantistici aumenterà in modo esponenziale rispetto ai tradizionali computer digitali. Tuttavia, al fine di eseguire operazioni computazionali, la sovrapposizione dei qubit deve essere in grado di persistere costantemente per un periodo di tempo. Nella meccanica quantistica, questo periodo di stabilità è noto come vita di coerenza. I giri nucleari di molecole complesse possono ottenere stati di sovrapposizione con lunghe vite secche perché l'influenza dell'ambiente sui giri nucleari è effettivamente protetta.
Gli ioni terrestri rare e i cristalli molecolari sono due sistemi che sono stati utilizzati nella tecnologia quantistica. Gli ioni delle terre rare hanno eccellenti proprietà ottiche e di spin, ma sono difficili da integraredispositivi ottici. I cristalli molecolari sono più facili da integrare, ma è difficile stabilire una connessione affidabile tra spin e luce perché le bande di emissione sono troppo larghe.
I cristalli molecolari di terre rare sviluppati in questo lavoro combinano ordinatamente i vantaggi di entrambi in quanto, sotto l'eccitazione laser, Eu³ + può emettere fotoni che trasportano informazioni sulla rotazione nucleare. Attraverso specifici esperimenti laser, è possibile generare un'interfaccia di spin ottica/nucleare efficiente. Su questa base, i ricercatori hanno inoltre realizzato un indirizzamento del livello di spin nucleare, una conservazione coerente di fotoni e l'esecuzione della prima operazione quantistica.
Per un efficiente calcolo quantistico, sono generalmente richiesti più qubit intrecciati. I ricercatori hanno dimostrato che l'Eu³ + nei cristalli molecolari di cui sopra può raggiungere l'entanglement quantico attraverso l'accoppiamento del campo elettrico vagante, consentendo così l'elaborazione delle informazioni quantistiche. Poiché i cristalli molecolari contengono più ioni terrestri rare, è possibile ottenere densità di qubit relativamente elevate.
Un altro requisito per il calcolo quantistico è l'indirizzabilità dei singoli qubit. La tecnica di indirizzamento ottico in questo lavoro può migliorare la velocità di lettura e impedire l'interferenza del segnale del circuito. Rispetto agli studi precedenti, la coerenza ottica dei cristalli molecolari Eu³ + riportati in questo lavoro è migliorata di circa mille volte, in modo che gli stati di spin nucleare possano essere manipolati otticamente in modo specifico.
I segnali ottici sono anche adatti per la distribuzione quantistica di informazioni quantistiche a lunga distanza per collegare i computer quantistici per la comunicazione quantistica remota. Ulteriori considerazioni potrebbero essere somministrate all'integrazione di nuovi cristalli molecolari Eu³ + nella struttura fotonica per migliorare il segnale luminoso. Questo lavoro utilizza molecole di terre rare come base per Internet quantistico e fa un passo importante verso le future architetture di comunicazione quantistica.
Tempo post: gennaio-02-2024