Quantum Information Technology es una nueva tecnología de la información basada en la mecánica cuántica, que codifica, calcula y transmite la información física contenida ensistema cuántico. El desarrollo y la aplicación de la tecnología de información cuántica nos llevará a la "edad cuántica" y realizará una mayor eficiencia laboral, métodos de comunicación más seguros y un estilo de vida más conveniente y verde.
La eficiencia de la comunicación entre los sistemas cuánticos depende de su capacidad para interactuar con la luz. Sin embargo, es muy difícil encontrar un material que pueda aprovechar al máximo las propiedades cuánticas de la óptica.
Recientemente, un equipo de investigación del Instituto de Química de París y el Instituto de Tecnología Karlsruhe juntos demostró juntos el potencial de un cristal molecular basado en iones europium de tierras raras (EU³ +) para aplicaciones en sistemas cuánticos de óptico. Descubrieron que la emisión de ancho de línea de ultra nara de este cristal molecular EU³ + permite una interacción eficiente con la luz y tiene un valor importante encomunicación cuánticay computación cuántica.
Figura 1: Comunicación cuántica basada en cristales moleculares de Europium de tierras raras
Los estados cuánticos pueden superponerse, por lo que la información cuántica puede superponerse. Un solo qubit puede representar simultáneamente una variedad de diferentes estados entre 0 y 1, lo que permite que los datos se procesen en paralelo en lotes. Como resultado, la potencia informática de las computadoras cuánticas aumentará exponencialmente en comparación con las computadoras digitales tradicionales. Sin embargo, para realizar operaciones computacionales, la superposición de los qubits debe poder persistir constantemente por un período de tiempo. En la mecánica cuántica, este período de estabilidad se conoce como la vida útil de la coherencia. Los giros nucleares de las moléculas complejas pueden lograr estados de superposición con una larga vida útil seca porque la influencia del medio ambiente en los giros nucleares está efectivamente protegida.
Los iones de tierras raras y los cristales moleculares son dos sistemas que se han utilizado en tecnología cuántica. Los iones de tierras raras tienen excelentes propiedades ópticas y de giro, pero son difíciles de integrar en ellosdispositivos ópticos. Los cristales moleculares son más fáciles de integrar, pero es difícil establecer una conexión confiable entre el giro y la luz porque las bandas de emisión son demasiado amplias.
Los cristales moleculares de tierras raras desarrolladas en este trabajo combinan perfectamente las ventajas de ambos en que, bajo la excitación láser, Eu³ + puede emitir fotones que llevan información sobre el giro nuclear. A través de experimentos láser específicos, se puede generar una interfaz de giro óptico/nuclear eficiente. Sobre esta base, los investigadores se dieron cuenta aún más en el nivel de giro nuclear, el almacenamiento coherente de fotones y la ejecución de la primera operación cuántica.
Para la computación cuántica eficiente, generalmente se requieren múltiples qubits enredados. Los investigadores demostraron que Eu³ + en los cristales moleculares anteriores puede lograr un enredo cuántico a través del acoplamiento del campo eléctrico estresado, lo que permite el procesamiento de información cuántica. Debido a que los cristales moleculares contienen múltiples iones de tierras raras, se pueden lograr densidades de qubit relativamente altas.
Otro requisito para la computación cuántica es la directabilidad de los qubits individuales. La técnica de direccionamiento óptico en este trabajo puede mejorar la velocidad de lectura y evitar la interferencia de la señal del circuito. En comparación con estudios anteriores, la coherencia óptica de los cristales moleculares de Eu³ + informados en este trabajo se mejora en aproximadamente mil veces, de modo que los estados de espín nuclear pueden manipularse ópticamente de una manera específica.
Las señales ópticas también son adecuadas para la distribución de información cuántica de larga distancia para conectar computadoras cuánticas para la comunicación cuántica remota. Se podría dar más consideración a la integración de los nuevos cristales moleculares de Eu³ + en la estructura fotónica para mejorar la señal luminosa. Este trabajo utiliza moléculas de tierras raras como base para Internet cuántico, y da un paso importante hacia futuras arquitecturas de comunicación cuántica.
Tiempo de publicación: enero-02-2024