Công nghệ thông tin lượng tử là một công nghệ thông tin mới dựa trên cơ học lượng tử, mã hóa, tính toán và truyền thông tin vật lý có trongHệ thống lượng tử. Sự phát triển và ứng dụng của công nghệ thông tin lượng tử sẽ đưa chúng ta vào thời đại lượng tử, và nhận ra hiệu quả công việc cao hơn, các phương pháp giao tiếp an toàn hơn và lối sống thuận tiện và xanh hơn.
Hiệu quả của giao tiếp giữa các hệ thống lượng tử phụ thuộc vào khả năng tương tác với ánh sáng. Tuy nhiên, rất khó để tìm thấy một vật liệu có thể tận dụng tối đa các tính chất lượng tử của quang học.
Gần đây, một nhóm nghiên cứu tại Viện Hóa học ở Paris và Viện Công nghệ Karlsruhe cùng nhau chứng minh tiềm năng của một tinh thể phân tử dựa trên các ion Europium Europium hiếm (EU³ +) cho các ứng dụng trong hệ thống lượng tử của quang học. Họ phát hiện ra rằng sự phát xạ dòng điện cực kỳ narrow của tinh thể phân tử EU³ + cho phép tương tác hiệu quả với ánh sáng và có giá trị quan trọng tronggiao tiếp lượng tửvà điện toán lượng tử.
Hình 1: Giao tiếp lượng tử dựa trên các tinh thể phân tử Europium đất hiếm
Các trạng thái lượng tử có thể được chồng chất, vì vậy thông tin lượng tử có thể được chồng lên nhau. Một qubit duy nhất có thể đại diện đồng thời một loạt các trạng thái khác nhau giữa 0 và 1, cho phép dữ liệu được xử lý song song theo các lô. Do đó, sức mạnh tính toán của máy tính lượng tử sẽ tăng theo cấp số nhân so với các máy tính kỹ thuật số truyền thống. Tuy nhiên, để thực hiện các hoạt động tính toán, sự chồng chất của các qubit phải có khả năng tồn tại đều đặn trong một khoảng thời gian. Trong cơ học lượng tử, giai đoạn ổn định này được gọi là tuổi thọ kết hợp. Các vòng quay hạt nhân của các phân tử phức tạp có thể đạt được trạng thái chồng chất với tuổi thọ khô dài vì ảnh hưởng của môi trường đến các vòng quay hạt nhân được bảo vệ hiệu quả.
Các ion đất hiếm và tinh thể phân tử là hai hệ thống đã được sử dụng trong công nghệ lượng tử. Các ion đất hiếm có đặc tính quang học và spin tuyệt vời, nhưng chúng rất khó được tích hợp trongThiết bị quang học. Các tinh thể phân tử dễ tích hợp hơn, nhưng rất khó để thiết lập một kết nối đáng tin cậy giữa spin và ánh sáng vì các dải phát xạ quá rộng.
Các tinh thể phân tử đất hiếm được phát triển trong công trình này kết hợp gọn gàng các ưu điểm của cả hai trong đó, dưới sự kích thích laser, EU³ + có thể phát ra các photon mang thông tin về spin hạt nhân. Thông qua các thí nghiệm laser cụ thể, có thể tạo ra giao diện quay quang/hạt nhân hiệu quả. Trên cơ sở này, các nhà nghiên cứu tiếp tục nhận ra địa chỉ cấp độ spin hạt nhân, lưu trữ mạch lạc các photon và thực hiện hoạt động lượng tử đầu tiên.
Đối với điện toán lượng tử hiệu quả, thường cần có nhiều qubit vướng víu. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng EU³ + trong các tinh thể phân tử trên có thể đạt được sự vướng víu lượng tử thông qua khớp nối điện trường đi lạc, do đó cho phép xử lý thông tin lượng tử. Bởi vì các tinh thể phân tử chứa nhiều ion đất hiếm, có thể đạt được mật độ Qubit tương đối cao.
Một yêu cầu khác cho điện toán lượng tử là khả năng địa chỉ của các qubit riêng lẻ. Kỹ thuật địa chỉ quang trong công việc này có thể cải thiện tốc độ đọc và ngăn chặn sự nhiễu của tín hiệu mạch. So với các nghiên cứu trước đây, sự kết hợp quang học của các tinh thể phân tử EU³ + được báo cáo trong công trình này được cải thiện khoảng một nghìn lần, do đó các trạng thái spin hạt nhân có thể được thao tác quang học theo một cách cụ thể.
Tín hiệu quang cũng phù hợp cho phân phối thông tin lượng tử đường dài để kết nối các máy tính lượng tử để giao tiếp lượng tử từ xa. Có thể xem xét thêm để tích hợp các tinh thể phân tử EU³ + mới vào cấu trúc quang học để tăng cường tín hiệu phát sáng. Công việc này sử dụng các phân tử đất hiếm làm cơ sở cho Internet lượng tử và thực hiện một bước quan trọng đối với các kiến trúc giao tiếp lượng tử trong tương lai.
Thời gian đăng: Tháng 1-02-2024