კვანტური კომუნიკაცია: მოლეკულები, იშვიათი დედამიწები და ოპტიკური

კვანტური ინფორმაციული ტექნოლოგია არის ახალი ინფორმაციული ტექნოლოგია, რომელიც დაფუძნებულია კვანტურ მექანიკაზე, რომელიც კოდებს, გამოთვლებს და გადასცემს შეიცავს ფიზიკურ ინფორმაციასკვანტური სისტემა. კვანტური ინფორმაციული ტექნოლოგიის შემუშავება და გამოყენება მოგვიყვანს "კვანტურ ასაკში" და გააცნობიერებს უფრო მაღალი სამუშაო ეფექტურობას, კომუნიკაციის უფრო უსაფრთხო მეთოდებს და უფრო მოსახერხებელ და მწვანე ცხოვრების წესს.

კვანტურ სისტემებს შორის კომუნიკაციის ეფექტურობა დამოკიდებულია შუქთან ურთიერთობის უნარზე. ამასთან, ძალიან რთულია მასალის პოვნა, რომელსაც შეუძლია სრულად ისარგებლოს ოპტიკური კვანტური თვისებებით.

ახლახან, პარიზში ქიმიის ინსტიტუტის სამეცნიერო ჯგუფმა და კარლსრუჰის ტექნოლოგიის ინსტიტუტმა ერთად აჩვენეს მოლეკულური ბროლის პოტენციალი, რომელიც ემყარება იშვიათ დედამიწის ევროპულ იონებს (EU³ +) ოპტიკურ კვანტურ სისტემებში გამოყენებისთვის. მათ დაადგინეს, რომ ამ ევროკავშირის + მოლეკულური კრისტალის ულტრაიისფერი ხაზის გამონაყარი საშუალებას იძლევა ეფექტური ურთიერთქმედება შუქთან და აქვს მნიშვნელოვანი მნიშვნელობაკვანტური კომუნიკაციადა კვანტური გამოთვლა.

სურათი 1: კვანტური კომუნიკაცია, რომელიც დაფუძნებულია იშვიათი დედამიწის ევროპული მოლეკულური კრისტალების საფუძველზე

კვანტური სახელმწიფოები შეიძლება იყოს ზედმეტი, ამიტომ კვანტური ინფორმაცია შეიძლება იყოს ზედმეტი. ერთ qubit- ს ერთდროულად შეუძლია წარმოადგენდეს სხვადასხვა სახელმწიფოების მრავალფეროვნებას 0 -დან 1 -ს შორის, რაც საშუალებას აძლევს მონაცემების დამუშავებას პარალელურად პარალელურად. შედეგად, კვანტური კომპიუტერების გამოთვლითი ძალა გაიზრდება ექსპონენტურად, ტრადიციულ ციფრულ კომპიუტერებთან შედარებით. ამასთან, გამოთვლითი ოპერაციების შესასრულებლად, qubits– ის სუპერპოზიციამ უნდა შეძლოს სტაბილურად შენარჩუნება გარკვეული პერიოდის განმავლობაში. კვანტურ მექანიკაში, სტაბილურობის ეს პერიოდი ცნობილია, როგორც თანმიმდევრულობის სიცოცხლე. რთული მოლეკულების ბირთვულ ტრიალებს შეუძლიათ მიაღწიონ სუპერპოზიციურ მდგომარეობებს გრძელი მშრალი სიცოცხლის ხანგრძლივობით, რადგან ბირთვული ტრიპინებზე გარემოზე გავლენა ეფექტურად იცავს.

იშვიათი დედამიწის იონები და მოლეკულური კრისტალები ორი სისტემაა, რომლებიც გამოყენებულია კვანტურ ტექნოლოგიაში. იშვიათ დედამიწის იონებს აქვთ შესანიშნავი ოპტიკური და დატრიალებული თვისებები, მაგრამ მათი ინტეგრირება რთულიაოპტიკური მოწყობილობები. მოლეკულური კრისტალები უფრო ადვილია ინტეგრაცია, მაგრამ ძნელია საიმედო კავშირის დამყარება დატრიალებასა და შუქს შორის, რადგან ემისიების შემსრულებლები ძალიან ფართოა.

ამ ნაწარმოებში განვითარებული იშვიათი დედამიწის მოლეკულური კრისტალები კარგად აერთიანებს უპირატესობებს, რადგან ლაზერული აგზნების პირობებში, Eu³ + შეიძლება გამოიტანოს ფოტონები, რომლებიც ატარებენ ინფორმაციას ბირთვული დატრიალების შესახებ. ლაზერული სპეციფიკური ექსპერიმენტების საშუალებით, შეიძლება წარმოიქმნას ეფექტური ოპტიკური/ბირთვული დატრიალების ინტერფეისი. ამის საფუძველზე, მკვლევარებმა კიდევ გააცნობიერეს ბირთვული დატრიალების დონის მისამართი, ფოტონების თანმიმდევრული შენახვა და პირველი კვანტური ოპერაციის შესრულება.

ეფექტური კვანტური გამოთვლებისთვის, ჩვეულებრივ, საჭიროა მრავალჯერადი ჩაფლული ქუბიტები. მკვლევარებმა აჩვენეს, რომ ევროკავშირის + ზემოაღნიშნულ მოლეკულურ კრისტალებში შეიძლება მიაღწიონ კვანტურ ჩაქრობას მაწანწალა ელექტრული ველის შეერთების გზით, რითაც საშუალებას აძლევს კვანტური ინფორმაციის დამუშავებას. იმის გამო, რომ მოლეკულური კრისტალები შეიცავს მრავალ იშვიათ დედამიწის იონს, შესაძლებელია შედარებით მაღალი ქუბიტის სიმკვრივე.

კვანტური გამოთვლის კიდევ ერთი მოთხოვნაა ინდივიდუალური qubits– ის მისამართით. ამ ნაწარმოებში ოპტიკური მისამართის ტექნიკამ შეიძლება გააუმჯობესოს კითხვის სიჩქარე და ხელი შეუშალოს მიკროსქემის სიგნალის ჩარევას. წინა კვლევებთან შედარებით, ამ ნაშრომში ნაჩვენები ევროკავშირის + მოლეკულური კრისტალების ოპტიკური თანმიმდევრულობა გაუმჯობესებულია დაახლოებით ათასობით, ისე, რომ ბირთვული დატრიალების სახელმწიფოები შეიძლება ოპტიკურად მანიპულირდეს კონკრეტული გზით.

ოპტიკური სიგნალები ასევე შესაფერისია გრძელი დისტანციური კვანტური ინფორმაციის განაწილებისთვის, რათა დააკავშიროთ კვანტური კომპიუტერები დისტანციური კვანტური კომუნიკაციისთვის. შემდგომი განხილვა შეიძლება მიენიჭოს ახალი ევროკავშირის + მოლეკულური კრისტალების ინტეგრაციას ფოტონურ სტრუქტურაში, მანათობელი სიგნალის გასაუმჯობესებლად. ეს ნამუშევარი იყენებს იშვიათ დედამიწის მოლეკულებს, როგორც კვანტური ინტერნეტის საფუძველს და მნიშვნელოვან ნაბიჯს დგამს მომავალი კვანტური კომუნიკაციის არქიტექტურისკენ.