A tecnologia quântica da informação é uma nova tecnologia da informação baseada em mecânica quântica, que codifica, calcula e transmite as informações físicas contidas emsistema quântico. O desenvolvimento e aplicação da tecnologia da informação quântica nos levarão à “idade quântica” e realizarão maior eficiência no trabalho, métodos de comunicação mais seguros e estilo de vida mais conveniente e verde.
A eficiência da comunicação entre os sistemas quânticos depende de sua capacidade de interagir com a luz. No entanto, é muito difícil encontrar um material que possa aproveitar ao máximo as propriedades quânticas da óptica.
Recentemente, uma equipe de pesquisa do Instituto de Química de Paris e do Instituto de Tecnologia Karlsruhe demonstrou juntos o potencial de um cristal molecular com base em íons europium de terras raras (UE³ +) para aplicações em sistemas quânticos de óptica. Eles descobriram que a emissão de largura de linha ultra-narratória deste cristal molecular Eu³ + permite interação eficiente com a luz e tem um valor importante emcomunicação quânticae computação quântica.
Figura 1: Comunicação quântica com base em cristais moleculares de terras raras Europium
Os estados quânticos podem ser sobrepostos, para que as informações quânticas possam ser sobrepostas. Um único qubit pode representar simultaneamente uma variedade de estados diferentes entre 0 e 1, permitindo que os dados sejam processados em paralelo em lotes. Como resultado, o poder de computação dos computadores quânticos aumentará exponencialmente em comparação com os computadores digitais tradicionais. No entanto, para realizar operações computacionais, a superposição de qubits deve ser capaz de persistir constantemente por um período de tempo. Na mecânica quântica, esse período de estabilidade é conhecido como vida útil da coerência. As rotações nucleares de moléculas complexas podem alcançar estados de superposição com longa vida útil seca, porque a influência do ambiente nos giros nucleares é efetivamente protegida.
Os íons terras raros e os cristais moleculares são dois sistemas que foram usados na tecnologia quântica. Os íons terras raros têm excelentes propriedades ópticas e de spin, mas são difíceis de se integrar emdispositivos ópticos. Cristais moleculares são mais fáceis de integrar, mas é difícil estabelecer uma conexão confiável entre rotação e luz porque as faixas de emissão são muito amplas.
Os cristais moleculares de terras raras desenvolvidas neste trabalho combinam ordenadamente as vantagens de ambos, pois, sob excitação a laser, eu pode emitir fótons com informações sobre rotação nuclear. Por meio de experimentos específicos a laser, uma interface óptica/nuclear eficiente pode ser gerada. Com base nisso, os pesquisadores perceberam ainda mais o abordagem do nível de rotação nuclear, o armazenamento coerente de fótons e a execução da primeira operação quântica.
Para computação quântica eficiente, geralmente são necessários múltiplos qubits emaranhados. Os pesquisadores demonstraram que a UE³ + nos cristais moleculares acima pode obter emaranhamento quântico através do acoplamento de campo elétrico perdido, permitindo o processamento de informações quânticas. Como os cristais moleculares contêm múltiplos íons de terras raras, densidades de qubit relativamente altas podem ser alcançadas.
Outro requisito para a computação quântica é a endereço de qubits individuais. A técnica de endereçamento óptico neste trabalho pode melhorar a velocidade de leitura e impedir a interferência do sinal do circuito. Comparado a estudos anteriores, a coerência óptica de cristais moleculares eu³ + relatados neste trabalho é aprimorada em cerca de mil vezes, para que os estados de rotação nuclear possam ser manipulados opticamente de uma maneira específica.
Os sinais ópticos também são adequados para a distribuição de informações quânticas de longa distância para conectar computadores quânticos para comunicação quântica remota. Outras considerações podem ser dadas à integração de novos cristais moleculares Eu³ + na estrutura fotônica para melhorar o sinal luminoso. Este trabalho usa moléculas de terras raras como base para a Internet quântica e dá um passo importante em direção a futuras arquiteturas de comunicação quântica.
Hora de postagem: Jan-02-2024