Quanteninformationstechnologie ist eine neue Informationstechnologie, die auf der Quantenmechanik basiert, die die in den physikalischen Informationen enthaltenen physikalischen Informationen codiert, berechnet und überträgtQuantensystem. Die Entwicklung und Anwendung der Quanteninformationstechnologie wird uns in das „Quantenalter“ bringen und eine höhere Arbeitseffizienz, sicherere Kommunikationsmethoden und bequemere und umweltfreundlichere Lebensstile erzielen.
Die Effizienz der Kommunikation zwischen Quantensystemen hängt von ihrer Fähigkeit ab, mit Licht zu interagieren. Es ist jedoch sehr schwierig, ein Material zu finden, das die Quanteneigenschaften von optisch voll ausnutzen kann.
Kürzlich hat ein Forschungsteam am Institut für Chemie in Paris und das Karlsruhe -Institut für Technologie zusammen das Potenzial eines molekularen Kristalls auf der Grundlage von Europiumionen (EU³ +) für seltene Erden für Anwendungen in Quantensystemen von optisch gezeigt. Sie fanden herausQuantenkommunikationund Quantencomputer.
Abbildung 1: Quantenkommunikation basierend auf Europium -Molekularkristallen von Seltener Erden
Quantenzustände können überlagert werden, sodass Quanteninformationen überlagert werden können. Ein einzelnes Qubit kann gleichzeitig eine Vielzahl verschiedener Zustände zwischen 0 und 1 darstellen, sodass Daten parallel in Stapeln verarbeitet werden können. Infolgedessen erhöht sich die Rechenleistung von Quantencomputern im Vergleich zu herkömmlichen digitalen Computern exponentiell. Um Rechenvorgänge auszuführen, muss die Überlagerung von Qubits in der Lage sein, für einen bestimmten Zeitraum stetig bestehen zu bleiben. In der Quantenmechanik wird diese Stabilitätszeit als Kohärenzlebensdauer bezeichnet. Die nuklearen Spins komplexer Moleküle können Überlagerungszustände mit langen trockenen Lebensdauer erreichen, da der Einfluss der Umwelt auf Kernschärfen effektiv abgeschirmt ist.
Seltenerdionen und molekulare Kristalle sind zwei Systeme, die in der Quantentechnologie verwendet wurden. Seltenerdionen haben hervorragende optische und Spineigenschaften, aber es ist schwer, in integriert zu werdenOptische Geräte. Molekulare Kristalle sind leichter zu integrieren, aber es ist schwierig, eine zuverlässige Verbindung zwischen Spin und Licht herzustellen, da die Emissionsbänder zu breit sind.
Die in dieser Arbeit entwickelten Seltenerd -molekularen Kristalle kombinieren die Vorteile von beiden, dass EU³ + unter Laseranregung Photonen aussenden kann, die Informationen über nukleares Spin tragen. Durch spezifische Laserversuche kann eine effiziente optische/nukleare Spin -Grenzfläche erzeugt werden. Auf dieser Basis realisierten die Forscher die Atomspin -Ebene, die kohärente Speicherung von Photonen und die Ausführung des ersten Quantenbetriebs weiter.
Für ein effizientes Quantencomputer sind in der Regel mehrere verwickelte Qubits erforderlich. Die Forscher zeigten, dass EU³ + in den obigen molekularen Kristallen durch Streat -elektrische Feldkopplung eine Quantenverdünnung erreichen kann, wodurch die Quanteninformationsverarbeitung ermöglicht wird. Da die molekularen Kristalle mehrere Seltenerdionen enthalten, können relativ hohe Qubit -Dichten erreicht werden.
Eine weitere Anforderung für das Quantencomputer ist die Adressierbarkeit einzelner Qubits. Die optische Adressierungstechnik in dieser Arbeit kann die Lesegeschwindigkeit verbessern und die Interferenz des Schaltungssignals verhindern. Im Vergleich zu früheren Studien wird die optische Kohärenz von EU³ + -Molekularkristallen in dieser Arbeit um etwa tausendfach verbessert, so dass die Kernspinzustände optisch auf eine bestimmte Weise manipuliert werden können.
Optische Signale eignen sich auch zur Verteilung der Langstreckenquanteninformation, um Quantencomputer für die Remote-Quantenkommunikation zu verbinden. Die Integration neuer EU³ + molekulare Kristalle in die photonische Struktur könnte weiter berücksichtigt werden, um das leuchtende Signal zu verbessern. Diese Arbeit verwendet Seltenerdmoleküle als Grundlage für das Quanten -Internet und unternimmt einen wichtigen Schritt in Richtung zukünftiger Quantenkommunikationsarchitekturen.
Postzeit: Jan2-2024