Քվանտային հաղորդակցություն. մոլեկուլներ, հազվագյուտ հողեր և օպտիկական

Քվանտային տեղեկատվական տեխնոլոգիան նոր տեղեկատվական տեխնոլոգիա է, որը հիմնված է քվանտային մեխանիկայի վրա, որը կոդավորում, հաշվարկում և փոխանցում է պարունակվող ֆիզիկական տեղեկատվությունը:քվանտային համակարգ. Քվանտային տեղեկատվական տեխնոլոգիաների զարգացումն ու կիրառումը մեզ կբերի «քվանտային դարաշրջան» և կհասկանա աշխատանքի ավելի բարձր արդյունավետություն, ավելի անվտանգ հաղորդակցման մեթոդներ և ավելի հարմար և կանաչ ապրելակերպ:

Քվանտային համակարգերի միջև հաղորդակցության արդյունավետությունը կախված է լույսի հետ փոխազդելու նրանց կարողությունից: Այնուամենայնիվ, շատ դժվար է գտնել նյութ, որը կարող է լիովին օգտվել օպտիկական քվանտային հատկություններից:

Վերջերս Փարիզի Քիմիայի ինստիտուտի և Կարլսռուեի տեխնոլոգիական ինստիտուտի հետազոտական ​​թիմը ցույց տվեց հազվագյուտ հողային եվրոպիումի իոնների (Eu³ +) վրա հիմնված մոլեկուլային բյուրեղի ներուժը օպտիկական քվանտային համակարգերում կիրառման համար: Նրանք պարզել են, որ այս Eu³ + մոլեկուլային բյուրեղի ծայրահեղ նեղ գծի լայնության արտանետումը թույլ է տալիս արդյունավետ փոխազդեցություն լույսի հետ և ունի կարևոր նշանակությունքվանտային հաղորդակցությունև քվանտային հաշվարկ:

Նկար 1. Քվանտային հաղորդակցություն՝ հիմնված հազվագյուտ երկրային եվրոպիումի մոլեկուլային բյուրեղների վրա

Քվանտային վիճակները կարող են վերադրվել, ուստի քվանտային տեղեկատվությունը կարող է վերադրվել: Մեկ քյուբիթը կարող է միաժամանակ ներկայացնել 0-ի և 1-ի մի շարք տարբեր վիճակներ, ինչը թույլ է տալիս տվյալների մշակումը զուգահեռաբար խմբաքանակներով: Արդյունքում քվանտային համակարգիչների հաշվողական հզորությունը կաճի էքսպոնենցիալ՝ համեմատած ավանդական թվային համակարգիչների հետ։ Այնուամենայնիվ, հաշվողական գործողություններ կատարելու համար քյուբիթների սուպերպոզիցիան պետք է կարողանա որոշակի ժամանակահատվածում կայուն մնալ: Քվանտային մեխանիկայում կայունության այս շրջանը հայտնի է որպես համահունչ կյանքի ժամկետ: Բարդ մոլեկուլների միջուկային պտույտները կարող են հասնել սուպերպոզիցիոն վիճակների՝ երկար չոր կյանքով, քանի որ շրջակա միջավայրի ազդեցությունը միջուկային սպինների վրա արդյունավետորեն պաշտպանված է:

Հազվագյուտ երկրի իոնները և մոլեկուլային բյուրեղները երկու համակարգեր են, որոնք օգտագործվել են քվանտային տեխնոլոգիայի մեջ: Հազվագյուտ հողային իոնները օպտիկական և պտտվող հիանալի հատկություններ ունեն, բայց դրանց մեջ դժվար է ինտեգրվելօպտիկական սարքեր. Մոլեկուլային բյուրեղները ավելի հեշտ են ինտեգրվում, բայց դժվար է հուսալի կապ հաստատել պտույտի և լույսի միջև, քանի որ արտանետման գոտիները չափազանց լայն են:

Այս աշխատանքում մշակված հազվագյուտ երկրային մոլեկուլային բյուրեղները կոկիկորեն համատեղում են երկուսի առավելություններն այն առումով, որ լազերային գրգռման ներքո Eu³ +-ը կարող է միջուկային սպինի մասին տեղեկատվություն կրող ֆոտոններ արձակել: Հատուկ լազերային փորձերի միջոցով կարող է ստեղծվել արդյունավետ օպտիկական/միջուկային սպին ինտերֆեյս: Այս հիման վրա հետազոտողները հետագայում հասկացան միջուկային սպին մակարդակի հասցեավորումը, ֆոտոնների համահունչ պահպանումը և առաջին քվանտային գործողության իրականացումը:

Արդյունավետ քվանտային հաշվարկների համար սովորաբար պահանջվում են մի քանի խճճված քյուբիթներ: Հետազոտողները ցույց տվեցին, որ Eu³ +-ը վերը նշված մոլեկուլային բյուրեղներում կարող է հասնել քվանտային խճճվածության՝ թափառող էլեկտրական դաշտի միացման միջոցով՝ այդպիսով հնարավորություն տալով քվանտային տեղեկատվության մշակմանը: Քանի որ մոլեկուլային բյուրեղները պարունակում են բազմաթիվ հազվագյուտ երկրային իոններ, կարելի է համեմատաբար բարձր կուբիտի խտություն ձեռք բերել:

Քվանտային հաշվարկների մեկ այլ պահանջը առանձին քյուբիթների հասցեականությունն է: Օպտիկական հասցեավորման տեխնիկան այս աշխատանքում կարող է բարելավել ընթերցման արագությունը և կանխել շղթայի ազդանշանի միջամտությունը: Համեմատած նախորդ ուսումնասիրությունների հետ՝ այս աշխատանքում ներկայացված Eu³ + մոլեկուլային բյուրեղների օպտիկական համերաշխությունը բարելավվել է մոտ հազարապատիկով, այնպես որ միջուկային սպինի վիճակները կարող են օպտիկականորեն կառավարվել հատուկ ձևով:

Օպտիկական ազդանշանները հարմար են նաև միջքաղաքային քվանտային տեղեկատվության բաշխման համար՝ քվանտային համակարգիչները հեռավոր քվանտային հաղորդակցության համար միացնելու համար: Կարելի է լրացուցիչ ուշադրություն դարձնել նոր Eu³ + մոլեկուլային բյուրեղների ինտեգրմանը ֆոտոնային կառուցվածքում՝ լուսավոր ազդանշանն ուժեղացնելու համար: Այս աշխատանքում օգտագործվում են հազվագյուտ երկրային մոլեկուլներ՝ որպես քվանտային ինտերնետի հիմք և կարևոր քայլ է կատարում դեպի ապագա քվանտային հաղորդակցության ճարտարապետություն: