การสื่อสารควอนตัม: โมเลกุล, โลกหายากและออปติคัล

เทคโนโลยีสารสนเทศควอนตัมเป็นเทคโนโลยีสารสนเทศใหม่ที่ใช้กลไกควอนตัมซึ่งเข้ารหัสคำนวณและส่งข้อมูลทางกายภาพที่มีอยู่ในระบบควอนตัม- การพัฒนาและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีสารสนเทศควอนตัมจะนำเราเข้าสู่ "อายุควอนตัม" และตระหนักถึงประสิทธิภาพการทำงานที่สูงขึ้นวิธีการสื่อสารที่ปลอดภัยยิ่งขึ้นและวิถีชีวิตที่สะดวกและเป็นสีเขียวมากขึ้น

ประสิทธิภาพของการสื่อสารระหว่างระบบควอนตัมขึ้นอยู่กับความสามารถในการโต้ตอบกับแสง อย่างไรก็ตามมันเป็นเรื่องยากมากที่จะหาวัสดุที่สามารถใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติควอนตัมของออปติคอลได้อย่างเต็มที่

เมื่อเร็ว ๆ นี้ทีมวิจัยที่สถาบันเคมีในปารีสและสถาบันเทคโนโลยี Karlsruhe ร่วมกันแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของผลึกโมเลกุลบนพื้นฐานของหายาก Earth Europium Ions (EU³ +) สำหรับการใช้งานในระบบควอนตัมของออพติคอล พวกเขาพบว่าการปล่อย linewidth ultra-narrow ของผลึกEu³ + โมเลกุลนี้ช่วยให้มีการโต้ตอบกับแสงและมีค่าที่สำคัญอย่างมีประสิทธิภาพการสื่อสารควอนตัมและการคำนวณควอนตัม

รูปที่ 1: การสื่อสารควอนตัมบนพื้นฐานของผลึกโมเลกุลของ Earth Earu Europium

สถานะควอนตัมสามารถซ้อนทับได้ดังนั้นข้อมูลควอนตัมสามารถซ้อนทับได้ Qubit เดียวสามารถแสดงสถานะที่แตกต่างกันระหว่าง 0 ถึง 1 พร้อมกันช่วยให้ข้อมูลสามารถประมวลผลแบบขนานในแบทช์ เป็นผลให้พลังการคำนวณของคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะเพิ่มขึ้นอย่างทวีคูณเมื่อเทียบกับคอมพิวเตอร์ดิจิตอลแบบดั้งเดิม อย่างไรก็ตามเพื่อดำเนินการคำนวณการซ้อนทับของ qubits จะต้องสามารถคงอยู่ได้อย่างต่อเนื่องเป็นระยะเวลาหนึ่ง ในกลศาสตร์ควอนตัมช่วงเวลาแห่งความเสถียรนี้เรียกว่าอายุการใช้งานการเชื่อมโยงกัน สปินนิวเคลียร์ของโมเลกุลที่ซับซ้อนสามารถบรรลุสถานะการซ้อนทับกับอายุการใช้งานที่แห้งแล้งเนื่องจากอิทธิพลของสภาพแวดล้อมที่มีต่อสปินนิวเคลียร์นั้นได้รับการป้องกันอย่างมีประสิทธิภาพ

ไอออนของโลกหายากและผลึกโมเลกุลเป็นสองระบบที่ใช้ในเทคโนโลยีควอนตัม ไอออน Earth Rare Earth มีคุณสมบัติทางแสงและการหมุนที่ยอดเยี่ยม แต่มันยากที่จะรวมเข้าด้วยกันอุปกรณ์ออพติคอล- ผลึกโมเลกุลนั้นง่ายต่อการรวมเข้าด้วยกัน แต่เป็นการยากที่จะสร้างการเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้ระหว่างการหมุนและแสงเนื่องจากแถบการปล่อยกว้างเกินไป

ผลึกโมเลกุลของโลกหายากที่พัฒนาขึ้นในงานนี้รวมข้อดีของทั้งคู่ไว้อย่างประณีตภายใต้การกระตุ้นด้วยเลเซอร์Eu³ + สามารถปล่อยโฟตอนที่มีข้อมูลเกี่ยวกับการหมุนของนิวเคลียร์ ผ่านการทดลองด้วยเลเซอร์ที่เฉพาะเจาะจงสามารถสร้างอินเทอร์เฟซแบบออพติคอล/นิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพได้ บนพื้นฐานนี้นักวิจัยตระหนักถึงการจัดการระดับการหมุนของนิวเคลียร์ต่อไปการจัดเก็บโฟตอนที่สอดคล้องกันและการดำเนินการควอนตัมครั้งแรก

สำหรับการคำนวณควอนตัมที่มีประสิทธิภาพมักจะต้องใช้ qubits หลายตัว นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าEu³ + ในผลึกโมเลกุลข้างต้นสามารถบรรลุการพัวพันควอนตัมผ่านการมีเพศสัมพันธ์สนามไฟฟ้าเร่ร่อนทำให้การประมวลผลข้อมูลควอนตัม เนื่องจากคริสตัลโมเลกุลมีไอออนหายากหลายชนิดจึงสามารถทำได้

ข้อกำหนดอีกประการหนึ่งสำหรับการคำนวณควอนตัมคือความสามารถในการระบุที่อยู่ของแต่ละ QBITS เทคนิคการกำหนดที่อยู่ทางแสงในงานนี้สามารถปรับปรุงความเร็วในการอ่านและป้องกันการรบกวนของสัญญาณวงจร เมื่อเปรียบเทียบกับการศึกษาก่อนหน้านี้การเชื่อมโยงกันแบบออปติคัลของผลึกระดับโมเลกุลของEu³ + ที่รายงานในงานนี้ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นประมาณหนึ่งพันเท่าเพื่อให้สถานะการหมุนของนิวเคลียร์สามารถจัดการได้ด้วยวิธีที่เฉพาะเจาะจง

สัญญาณออปติคัลยังเหมาะสำหรับการกระจายข้อมูลควอนตัมทางไกลเพื่อเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ควอนตัมสำหรับการสื่อสารควอนตัมระยะไกล การพิจารณาเพิ่มเติมอาจได้รับการรวมของผลึกEu³ + โมเลกุลใหม่เข้ากับโครงสร้างโทนิคเพื่อเพิ่มสัญญาณส่องสว่าง งานนี้ใช้โมเลกุล Earth ที่หายากเป็นพื้นฐานสำหรับอินเทอร์เน็ตควอนตัมและก้าวไปสู่ขั้นตอนสำคัญสู่สถาปัตยกรรมการสื่อสารควอนตัมในอนาคต