Kuantum bilgi teknolojisi, kuantum mekaniğine dayanan, fiziksel bilgiyi kodlayan, hesaplayan ve ileten yeni bir bilgi teknolojisidir.kuantum sistemiKuantum bilgi teknolojisinin geliştirilmesi ve uygulanması bizi "kuantum çağına" taşıyacak ve daha yüksek iş verimliliği, daha güvenli iletişim yöntemleri ile daha rahat ve çevre dostu bir yaşam tarzını gerçekleştirecektir.
Kuantum sistemleri arasındaki iletişimin verimliliği, ışıkla etkileşime girme yeteneklerine bağlıdır. Bununla birlikte, optiğin kuantum özelliklerinden tam olarak yararlanabilecek bir malzeme bulmak çok zordur.
Yakın zamanda, Paris Kimya Enstitüsü ve Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü'nden bir araştırma ekibi, nadir toprak elementi öropiyum iyonlarına (Eu³⁺) dayalı bir moleküler kristalin optik kuantum sistemlerindeki uygulamaları için potansiyelini birlikte gösterdi. Bu Eu³⁺ moleküler kristalinin ultra dar çizgi genişliğine sahip emisyonunun, ışıkla verimli etkileşimi sağladığını ve önemli bir değere sahip olduğunu buldular.kuantum iletişimive kuantum hesaplama.
Şekil 1: Nadir toprak elementi öropiyum moleküler kristallerine dayalı kuantum iletişimi
Kuantum durumları üst üste bindirilebilir, dolayısıyla kuantum bilgisi de üst üste bindirilebilir. Tek bir kübit, 0 ile 1 arasında çeşitli farklı durumları aynı anda temsil edebilir ve bu da verilerin paralel olarak toplu halde işlenmesine olanak tanır. Sonuç olarak, kuantum bilgisayarların işlem gücü, geleneksel dijital bilgisayarlara kıyasla katlanarak artacaktır. Bununla birlikte, hesaplama işlemlerini gerçekleştirmek için, kübitlerin üst üste bindirilmesinin belirli bir süre boyunca istikrarlı bir şekilde devam edebilmesi gerekir. Kuantum mekaniğinde, bu kararlılık süresi tutarlılık ömrü olarak bilinir. Karmaşık moleküllerin nükleer spinleri, çevresel etkilerin nükleer spinler üzerindeki etkisinin etkili bir şekilde perdelenmesi nedeniyle 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 entegre edilmeleri zordur.optik cihazlarMoleküler kristallerin entegrasyonu daha kolaydır, ancak emisyon bantları çok geniş olduğu için spin ve ışık arasında güvenilir bir bağlantı kurmak zordur.
Bu çalışmada geliştirilen nadir toprak moleküler kristalleri, lazer uyarımı altında Eu³⁺'ün nükleer spin hakkında bilgi taşıyan fotonlar yayabilmesi avantajını bir araya getiriyor. Belirli lazer deneyleri yoluyla, verimli bir optik/nükleer spin arayüzü oluşturulabiliyor. Bu temel üzerinde, araştırmacılar nükleer spin seviyesi adresleme, fotonların tutarlı depolanması ve ilk kuantum işleminin gerçekleştirilmesini de başardılar.
Verimli kuantum hesaplama için genellikle birden fazla dolanık kübit gereklidir. Araştırmacılar, yukarıdaki moleküler kristallerdeki Eu³⁺ iyonunun, başıboş elektrik alan eşleşmesi yoluyla kuantum dolanıklığı sağlayabileceğini ve böylece kuantum bilgi işlemeyi mümkün kıldığını gösterdi. Moleküler kristaller birden fazla nadir toprak iyonu içerdiğinden, nispeten yüksek kübit yoğunlukları elde edilebilir.
Kuantum hesaplama için bir diğer gereklilik de tek tek kübitlerin adreslenebilirliğidir. Bu çalışmada kullanılan optik adresleme tekniği, okuma hızını artırabilir ve devre sinyalinin girişimini önleyebilir. Önceki çalışmalara kıyasla, bu çalışmada bildirilen Eu³⁺ moleküler kristallerinin optik tutarlılığı yaklaşık bin kat artırılmıştır, böylece nükleer spin durumları belirli bir şekilde optik olarak manipüle edilebilir.
Optik sinyaller, uzaktan kuantum iletişimi için kuantum bilgisayarları birbirine bağlamak amacıyla uzun mesafeli kuantum bilgi dağıtımı için de uygundur. Işık sinyalini güçlendirmek için yeni Eu³⁺ moleküler kristallerinin fotonik yapıya entegrasyonu daha da düşünülebilir. Bu çalışma, kuantum interneti için temel olarak nadir toprak moleküllerini kullanmakta ve gelecekteki kuantum iletişim mimarilerine doğru önemli bir adım atmaktadır.
Yayın tarihi: 02 Ocak 2024