Kuantum bilgi teknolojisi, kuantum mekaniğine dayanan, fiziksel bilgiyi kodlayan, hesaplayan ve ileten yeni bir bilgi teknolojisidir.kuantum sistemiKuantum bilişim teknolojisinin geliştirilmesi ve uygulanması bizi “kuantum çağına” taşıyacak, daha yüksek iş verimliliği, daha güvenli iletişim yöntemleri ve daha rahat ve çevre dostu bir yaşam tarzı sağlayacaktır.
Kuantum sistemleri arasındaki iletişimin verimliliği, ışıkla etkileşime girme yeteneklerine bağlıdır. Ancak, optiğin kuantum özelliklerinden tam olarak yararlanabilen bir malzeme bulmak oldukça zordur.
Yakın zamanda, Paris Kimya Enstitüsü ve Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü'ndeki bir araştırma ekibi, nadir toprak europiyum iyonlarına (Eu³+) dayalı bir moleküler kristalin kuantum optik sistemlerindeki uygulama potansiyelini birlikte ortaya koydu. Bu Eu³+ moleküler kristalin ultra dar hat genişliği emisyonunun, ışıkla verimli etkileşimi mümkün kıldığını ve önemli bir değere sahip olduğunu buldular.kuantum iletişimive kuantum hesaplama.
Şekil 1: Nadir toprak europiyum moleküler kristallerine dayalı kuantum iletişimi
Kuantum durumları üst üste bindirilebilir, dolayısıyla kuantum bilgileri de üst üste bindirilebilir. Tek bir kübit, 0 ile 1 arasında çeşitli durumları aynı anda temsil edebilir ve bu da verilerin toplu halde paralel olarak işlenmesine olanak tanır. Sonuç olarak, kuantum bilgisayarların işlem gücü, geleneksel dijital bilgisayarlara kıyasla katlanarak artacaktır. Ancak, hesaplama işlemlerini gerçekleştirebilmek için kübitlerin üst üste binmesinin belirli bir süre boyunca sabit kalabilmesi gerekir. Kuantum mekaniğinde bu kararlılık süresi, tutarlılık ömrü olarak bilinir. Karmaşık moleküllerin çekirdek spinleri, çevrenin çekirdek spinleri üzerindeki etkisi etkili bir şekilde engellendiği için uzun kuru ömürlü süperpozisyon durumlarına ulaşabilir.
Nadir toprak iyonları ve moleküler kristaller, kuantum teknolojisinde kullanılan iki sistemdir. Nadir toprak iyonları mükemmel optik ve spin özelliklerine sahiptir, ancak bunların kuantum teknolojisine entegre edilmesi zordur.optik cihazlarMoleküler kristallerin entegrasyonu daha kolaydır, ancak spin ve ışık arasında güvenilir bir bağlantı kurmak zordur çünkü emisyon bantları çok geniştir.
Bu çalışmada geliştirilen nadir toprak moleküler kristalleri, lazer uyarımı altında Eu³+'nın nükleer spin hakkında bilgi taşıyan fotonlar yayabilmesi gibi her ikisinin de avantajlarını mükemmel bir şekilde bir araya getiriyor. Özel lazer deneyleri aracılığıyla verimli bir optik/nükleer spin arayüzü oluşturulabiliyor. Bu temelde, araştırmacılar nükleer spin seviyesi adreslemesini, fotonların tutarlı depolanmasını ve ilk kuantum işleminin gerçekleştirilmesini daha da ileri taşıdılar.
Verimli kuantum hesaplama için genellikle birden fazla dolanık kübit gerekir. Araştırmacılar, yukarıdaki moleküler kristallerdeki Eu³+'nın, kaçak elektrik alan kuplajı yoluyla kuantum dolanıklığına ulaşabileceğini ve böylece kuantum bilgi işlemeyi mümkün kılabileceğini göstermiştir. Moleküler kristaller birden fazla nadir toprak iyonu içerdiğinden, nispeten yüksek kübit yoğunluklarına ulaşılabilir.
Kuantum hesaplamanın bir diğer gereksinimi, bireysel kübitlerin adreslenebilirliğidir. Bu çalışmadaki optik adresleme tekniği, okuma hızını artırabilir ve devre sinyalinin girişimini önleyebilir. Bu çalışmada bildirilen Eu³+ moleküler kristallerinin optik tutarlılığı, önceki çalışmalarla karşılaştırıldığında yaklaşık bin kat iyileştirilmiştir, böylece nükleer spin durumları belirli bir şekilde optik olarak manipüle edilebilir.
Optik sinyaller, kuantum bilgisayarlarını uzaktan kuantum iletişimine bağlamak için uzun mesafeli kuantum bilgi dağıtımı için de uygundur. Işık sinyalini güçlendirmek için fotonik yapıya yeni Eu³+ moleküler kristallerinin entegre edilmesi daha fazla değerlendirilebilir. Bu çalışma, kuantum İnternet'in temeli olarak nadir toprak moleküllerini kullanıyor ve gelecekteki kuantum iletişim mimarilerine doğru önemli bir adım atıyor.
Gönderi zamanı: 02-01-2024