क्वान्टम संचार: अणु, दुर्लभ पृथ्वी र अप्टिकल

क्वान्टम इन्फर्मेशन टेक्नोलोजी क्वान्टम मेकानिक्समा आधारित एउटा नयाँ सूचना प्रविधि हो, जसले इन्कोड गर्छ, कम्प्युट गर्छ र यसमा रहेको भौतिक जानकारीलाई ट्रान्समिट गर्छ।क्वान्टम प्रणाली। क्वान्टम सूचना प्रविधिको विकास र प्रयोगले हामीलाई "क्वान्टम युग" मा ल्याउनेछ, र उच्च कार्यदक्षता, अधिक सुरक्षित सञ्चार विधिहरू र थप सुविधाजनक र हरित जीवनशैली महसुस गर्नेछ।

क्वान्टम प्रणालीहरू बीच सञ्चारको दक्षता तिनीहरूको प्रकाशसँग अन्तरक्रिया गर्ने क्षमतामा निर्भर गर्दछ। यद्यपि, अप्टिकलको क्वान्टम गुणहरूको पूर्ण फाइदा लिन सक्ने सामग्री फेला पार्न धेरै गाह्रो छ।

भर्खरै, पेरिसको इन्स्टिच्युट अफ केमिस्ट्री र कार्लस्रुहे इन्स्टिच्युट अफ टेक्नोलोजीको अनुसन्धान टोलीले अप्टिकलको क्वान्टम प्रणालीहरूमा अनुप्रयोगहरूको लागि दुर्लभ पृथ्वी युरोपियम आयन (Eu³ +) मा आधारित आणविक क्रिस्टलको क्षमता प्रदर्शन गर्‍यो। तिनीहरूले फेला पारे कि यो Eu³ + आणविक क्रिस्टलको अल्ट्रा-साँघुरो लाइनविड्थ उत्सर्जनले प्रकाशसँग प्रभावकारी अन्तरक्रिया गर्न सक्षम बनाउँछ र यसमा महत्त्वपूर्ण मूल्य छ।क्वान्टम संचारर क्वान्टम कम्प्युटिङ।

चित्र १: दुर्लभ पृथ्वी युरोपियम आणविक क्रिस्टलहरूमा आधारित क्वान्टम संचार

क्वान्टम अवस्थाहरू सुपरइम्पोज गर्न सकिन्छ, त्यसैले क्वान्टम जानकारी सुपरइम्पोज गर्न सकिन्छ। एकल क्यूबिटले ० र १ को बीचमा विभिन्न राज्यहरूको एकै साथ प्रतिनिधित्व गर्न सक्छ, डेटालाई ब्याचहरूमा समानान्तरमा प्रशोधन गर्न अनुमति दिन्छ। नतिजाको रूपमा, क्वान्टम कम्प्युटरहरूको कम्प्युटिंग शक्ति परम्परागत डिजिटल कम्प्युटरहरूको तुलनामा द्रुत रूपमा बढ्नेछ। यद्यपि, कम्प्युटेसनल अपरेसनहरू गर्नको लागि, क्यूबिट्सको सुपरपोजिसन समय अवधिको लागि स्थिर रूपमा रहन सक्षम हुनुपर्दछ। क्वान्टम मेकानिक्समा, स्थिरताको यो अवधि सुसंगत जीवनकालको रूपमा चिनिन्छ। जटिल अणुहरूको आणविक स्पिनले लामो सुख्खा जीवनकालको साथ सुपरपोजिसन अवस्थाहरू प्राप्त गर्न सक्छ किनभने आणविक स्पिनहरूमा वातावरणको प्रभावलाई प्रभावकारी रूपमा ढालिएको छ।

दुर्लभ पृथ्वी आयनहरू र आणविक क्रिस्टलहरू क्वान्टम प्रविधिमा प्रयोग गरिएका दुई प्रणालीहरू हुन्। दुर्लभ पृथ्वी आयनहरूमा उत्कृष्ट अप्टिकल र स्पिन गुणहरू छन्, तर तिनीहरूलाई एकीकृत गर्न गाह्रो छअप्टिकल उपकरणहरू। आणविक क्रिस्टलहरू एकीकृत गर्न सजिलो छ, तर स्पिन र प्रकाशको बीचमा भरपर्दो जडान स्थापित गर्न गाह्रो छ किनभने उत्सर्जन ब्यान्डहरू धेरै चौडा छन्।

यस कार्यमा विकसित दुर्लभ पृथ्वी आणविक क्रिस्टलहरूले दुवैका फाइदाहरूलाई राम्ररी संयोजन गर्दछ, लेजर उत्तेजना अन्तर्गत, Eu³ + ले परमाणु स्पिनको बारेमा जानकारी बोक्ने फोटनहरू उत्सर्जन गर्न सक्छ। विशिष्ट लेजर प्रयोगहरू मार्फत, एक कुशल अप्टिकल/न्यूक्लियर स्पिन इन्टरफेस उत्पन्न गर्न सकिन्छ। यस आधारमा, अन्वेषकहरूले आणविक स्पिन स्तर ठेगाना, फोटनको सुसंगत भण्डारण, र पहिलो क्वान्टम अपरेशनको कार्यान्वयनलाई थप महसुस गरे।

कुशल क्वान्टम कम्प्युटिङको लागि, बहुविध उलझन गरिएका क्विटहरू सामान्यतया आवश्यक हुन्छन्। अन्वेषकहरूले प्रदर्शन गरे कि माथिको आणविक क्रिस्टलहरूमा Eu³ + ले आवारा विद्युत क्षेत्र युग्मन मार्फत क्वान्टम उलझन प्राप्त गर्न सक्छ, यसरी क्वान्टम सूचना प्रशोधन सक्षम पार्छ। किनभने आणविक क्रिस्टलहरूमा धेरै दुर्लभ पृथ्वी आयनहरू हुन्छन्, अपेक्षाकृत उच्च क्यूबिट घनत्वहरू प्राप्त गर्न सकिन्छ।

क्वान्टम कम्प्युटिङको लागि अर्को आवश्यकता व्यक्तिगत क्यूबिट्सको ठेगाना हो। यस कार्यमा अप्टिकल ठेगाना प्रविधिले पढ्ने गति सुधार गर्न र सर्किट संकेतको हस्तक्षेप रोक्न सक्छ। अघिल्लो अध्ययनहरूको तुलनामा, यस कार्यमा रिपोर्ट गरिएको Eu³ + आणविक क्रिस्टलहरूको अप्टिकल समन्वयलाई लगभग एक हजार गुणाले सुधार गरिएको छ, ताकि आणविक स्पिन अवस्थाहरूलाई अप्टिकल रूपमा विशिष्ट तरिकामा हेरफेर गर्न सकिन्छ।

अप्टिकल संकेतहरू टाढाको क्वान्टम सञ्चारको लागि क्वान्टम कम्प्युटरहरू जडान गर्न लामो दूरीको क्वान्टम जानकारी वितरणको लागि पनि उपयुक्त छन्। नयाँ Eu³ + आणविक क्रिस्टलहरूलाई फोटोनिक संरचनामा प्रकाशमय संकेत बढाउनको लागि थप ध्यान दिन सकिन्छ। यस कार्यले क्वान्टम इन्टरनेटको आधारको रूपमा दुर्लभ पृथ्वी अणुहरू प्रयोग गर्दछ, र भविष्यको क्वान्टम संचार आर्किटेक्चरहरू तिर महत्त्वपूर्ण कदम लिन्छ।