Քվանտային կապ. մոլեկուլներ, հազվագյուտ հողային միացություններ և օպտիկական

Քվանտային տեղեկատվական տեխնոլոգիան քվանտային մեխանիկայի վրա հիմնված նոր տեղեկատվական տեխնոլոգիա է, որը կոդավորում, հաշվարկում և փոխանցում է քվանտային մեխանիկայում պարունակվող ֆիզիկական տեղեկատվությունը։քվանտային համակարգՔվանտային տեղեկատվական տեխնոլոգիաների զարգացումն ու կիրառումը մեզ կտանի «քվանտային դարաշրջան» և կիրականացնի աշխատանքային ավելի բարձր արդյունավետություն, ավելի անվտանգ հաղորդակցման մեթոդներ և ավելի հարմար ու կանաչ ապրելակերպ։

Քվանտային համակարգերի միջև հաղորդակցության արդյունավետությունը կախված է լույսի հետ փոխազդելու դրանց ունակությունից։ Այնուամենայնիվ, շատ դժվար է գտնել մի նյութ, որը կարող է լիովին օգտագործել օպտիկական քվանտային հատկությունները։

Վերջերս Փարիզի Քիմիայի ինստիտուտի և Կարլսրուեի տեխնոլոգիական ինստիտուտի հետազոտական ​​​​խումբը համատեղ ցուցադրեց հազվագյուտ հողային եվրոպիումի իոնների (Eu³ +) վրա հիմնված մոլեկուլային բյուրեղի ներուժը՝ օպտիկական քվանտային համակարգերում կիրառման համար: Նրանք պարզեցին, որ այս Eu³ + մոլեկուլային բյուրեղի գերնեղ գծային լայնության ճառագայթումը հնարավորություն է տալիս արդյունավետ փոխազդել լույսի հետ և կարևոր արժեք ունի...քվանտային հաղորդակցությունև քվանտային հաշվարկներ։

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

Քվանտային վիճակները կարող են վերադրվել, ուստի քվանտային տեղեկատվությունը կարող է վերադրվել։ Մեկ քուբիթը կարող է միաժամանակ ներկայացնել 0-ից 1 տարբեր վիճակների բազմազանություն, ինչը թույլ է տալիս տվյալները զուգահեռաբար մշակել խմբաքանակներով։ Արդյունքում, քվանտային համակարգիչների հաշվողական հզորությունը կաճի էքսպոնենցիալ՝ համեմատած ավանդական թվային համակարգիչների հետ։ Այնուամենայնիվ, հաշվողական գործողություններ կատարելու համար քուբիթների վերադրումը պետք է կարողանա կայուն մնալ որոշակի ժամանակահատվածում։ Քվանտային մեխանիկայում այս կայունության ժամանակահատվածը հայտնի է որպես կոհերենտության ժամկետ։ Բարդ մոլեկուլների միջուկային սպինները կարող են հասնել երկար չոր կյանքի ժամկետներով վերադրման վիճակների, քանի որ միջավայրի ազդեցությունը միջուկային սպինների վրա արդյունավետորեն պաշտպանված է։

Հազվագյուտ հողային իոնները և մոլեկուլային բյուրեղները երկու համակարգեր են, որոնք օգտագործվել են քվանտային տեխնոլոգիայում: Հազվագյուտ հողային իոններն ունեն գերազանց օպտիկական և սպինային հատկություններ, բայց դրանք դժվար է ինտեգրելօպտիկական սարքերՄոլեկուլային բյուրեղները ավելի հեշտ են ինտեգրել, բայց դժվար է հաստատել սպինի և լույսի միջև հուսալի կապ, քանի որ ճառագայթման գոտիները չափազանց լայն են։

Այս աշխատանքում մշակված հազվագյուտ հողային մոլեկուլային բյուրեղները հիանալի կերպով համատեղում են երկուսի առավելությունները, քանի որ լազերային գրգռման տակ Eu³+-ը կարող է արձակել միջուկային սպինի մասին տեղեկատվություն պարունակող ֆոտոններ: Հատուկ լազերային փորձերի միջոցով կարելի է ստեղծել արդյունավետ օպտիկական/միջուկային սպինային միջերես: Այս հիմքի վրա հետազոտողները հետագայում իրականացրին միջուկային սպինի մակարդակի հասցեավորումը, ֆոտոնների կոհերենտ պահպանումը և առաջին քվանտային գործողության կատարումը:

Արդյունավետ քվանտային հաշվարկների համար սովորաբար անհրաժեշտ են բազմաթիվ խճճված քուբիթներ: Հետազոտողները ցույց են տվել, որ վերը նշված մոլեկուլային բյուրեղներում Eu³+-ը կարող է քվանտային խճճվածություն ապահովել թափառող էլեկտրական դաշտի միացման միջոցով, այդպիսով հնարավորություն տալով քվանտային տեղեկատվության մշակմանը: Քանի որ մոլեկուլային բյուրեղները պարունակում են բազմաթիվ հազվագյուտ երկրի իոններ, կարելի է հասնել համեմատաբար բարձր քուբիթների խտությունների:

Քվանտային հաշվարկների մեկ այլ պահանջ է առանձին քուբիթների հասցեականությունը: Այս աշխատանքում օպտիկական հասցեավորման տեխնիկան կարող է բարելավել ընթերցման արագությունը և կանխել շղթայի ազդանշանի միջամտությունը: Նախորդ ուսումնասիրությունների համեմատ, այս աշխատանքում ներկայացված Eu³ + մոլեկուլային բյուրեղների օպտիկական կոհերենտությունը բարելավվել է մոտ հազար անգամ, այնպես որ միջուկային սպինային վիճակները կարող են օպտիկապես մանիպուլացվել որոշակի ձևով:

Օպտիկական ազդանշանները նաև հարմար են մեծ հեռավորությունների վրա քվանտային տեղեկատվության տարածման համար՝ քվանտային համակարգիչները միացնելու համար՝ հեռակա քվանտային հաղորդակցության համար: Հետագա քննարկումը կարող է անդրադառնալ նոր Eu³ + մոլեկուլային բյուրեղների ինտեգրմանը ֆոտոնային կառուցվածքում՝ լուսային ազդանշանը բարելավելու համար: Այս աշխատանքն օգտագործում է հազվագյուտ հողային մոլեկուլներ որպես քվանտային ինտերնետի հիմք և կարևոր քայլ է կատարում դեպի ապագա քվանտային հաղորդակցության ճարտարապետությունները: