الاتصالات الكمومية: الجزيئات والأرض النادرة والبصرية

تكنولوجيا المعلومات الكمومية هي تقنية معلومات جديدة تعتمد على ميكانيكا الكم ، التي تشفر وتحسب وتنقل المعلومات المادية الواردة فينظام الكم. سوف ينقلنا تطوير وتطبيق تكنولوجيا المعلومات الكمومية إلى "العمر الكمي" ، ويدرك كفاءة العمل أعلى وأساليب اتصال أكثر أمانًا وأسلوب حياة أكثر ملاءمة وخضراء.

تعتمد كفاءة التواصل بين الأنظمة الكمومية على قدرتها على التفاعل مع الضوء. ومع ذلك ، من الصعب للغاية العثور على مادة يمكن أن تستفيد بالكامل من خصائص الكم للبصرية.

في الآونة الأخيرة ، أظهر فريق بحث في معهد الكيمياء في باريس ومعهد كارلسروه للتكنولوجيا معًا إمكانات بلورة جزيئية تعتمد على أيونات أوروبيوم الأرض النادرة (EU³ +) للتطبيقات في الأنظمة الكمومية للبصرية. ووجدوا أن انبعاث عرض خط الخط الفائق من هذا البلورة الجزيئية EU³ + يتيح التفاعل الفعال مع الضوء وله قيمة مهمة فيالتواصل الكموميوالحوسبة الكم.

الشكل 1: التواصل الكمومي على أساس بلورات جزيئية للأرض نادرة

يمكن أن يتم تثبيت الحالات الكمومية ، بحيث يمكن تثبيت المعلومات الكمومية. يمكن أن يمثل Qubit واحد في وقت واحد مجموعة متنوعة من الحالات المختلفة بين 0 و 1 ، مما يسمح بمعالجة البيانات بالتوازي على دفعات. نتيجة لذلك ، ستزداد قوة الحوسبة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية بشكل كبير مقارنة بأجهزة الكمبيوتر الرقمية التقليدية. ومع ذلك ، من أجل إجراء العمليات الحسابية ، يجب أن يكون تراكب Qubits قادرًا على الاستمرار بشكل مطرد لفترة من الوقت. في ميكانيكا الكم ، تُعرف هذه الفترة من الاستقرار باسم التماسك. يمكن أن تحقق الدورات النووية للجزيئات المعقدة حالات التراكب مع العمر الجاف الطويل لأن تأثير البيئة على الدورات النووية محمية بشكل فعال.

أيونات الأرض النادرة والبلورات الجزيئية هما نظامان تم استخدامهما في التكنولوجيا الكمومية. أيونات الأرض النادرة لها خصائص بصرية وتدور ممتازة ، لكن من الصعب دمجهاالأجهزة البصرية. من الأسهل دمج البلورات الجزيئية ، ولكن من الصعب إنشاء اتصال موثوق بين الدوران والضوء لأن نطاقات الانبعاثات واسعة جدًا.

تجمع البلورات الجزيئية الأرضية النادرة التي تم تطويرها في هذا العمل بدقة بين مزايا كلاهما في ذلك ، تحت الإثارة بالليزر ، يمكن أن تنبعث EU³ + معلومات حول الدوران النووي. من خلال تجارب ليزر محددة ، يمكن إنشاء واجهة تدور بصرية/نووية فعالة. على هذا الأساس ، أدرك الباحثون زيادة مستوى الدوران النووي ، وتخزين متماسك للفوتونات ، وتنفيذ العملية الكمومية الأولى.

للحوسبة الكمومية الفعالة ، عادة ما تكون هناك حاجة إلى Qubits المتشابكة متعددة. أثبت الباحثون أن EU³ + في البلورات الجزيئية أعلاه يمكن أن يحقق تشابكًا كميًا من خلال اقتران المجال الكهربائي الشرير ، وبالتالي تمكين معالجة المعلومات الكمومية. نظرًا لأن البلورات الجزيئية تحتوي على أيونات أرض نادرة متعددة ، يمكن تحقيق كثافات عالية نسبيًا.

متطلبات أخرى للحوسبة الكمومية هي قابلية معالجة Qubits الفردية. يمكن لتقنية العنوان البصرية في هذا العمل تحسين سرعة القراءة وتمنع تداخل إشارة الدائرة. بالمقارنة مع الدراسات السابقة ، تم تحسين التماسك البصري للبلورات الجزيئية EU³ + التي تم الإبلاغ عنها في هذا العمل بنحو ألف ضعف ، بحيث يمكن معالجة حالات الدوران النووي بطريقة محددة.

الإشارات البصرية مناسبة أيضًا لتوزيع المعلومات الكم لمسافات طويلة لتوصيل أجهزة الكمبيوتر الكمومية للاتصال الكمومي عن بُعد. يمكن إعطاء مزيد من الدراسة لتكامل البلورات الجزيئية الجديدة + في البنية الضوئية لتعزيز الإشارة المضيئة. يستخدم هذا العمل جزيئات الأرض النادرة كأساس للإنترنت الكمومي ، ويتخذ خطوة مهمة نحو بنية الاتصالات الكمومية المستقبلية.