Cyfathrebu cwantwm: moleciwlau, daearoedd prin ac optegol

Mae technoleg gwybodaeth cwantwm yn dechnoleg gwybodaeth newydd sy'n seiliedig ar fecaneg cwantwm, sy'n amgodio, yn cyfrifo ac yn trosglwyddo'r wybodaeth gorfforol sydd wedi'i chynnwys ynsystem cwantwm. Bydd datblygu a chymhwyso technoleg gwybodaeth cwantwm yn dod â ni i'r “oes cwantwm”, ac yn gwireddu effeithlonrwydd gwaith uwch, dulliau cyfathrebu mwy diogel a ffordd o fyw mwy cyfleus a gwyrdd.

Mae effeithlonrwydd cyfathrebu rhwng systemau cwantwm yn dibynnu ar eu gallu i ryngweithio â golau. Fodd bynnag, mae'n anodd iawn dod o hyd i ddeunydd a all fanteisio'n llawn ar briodweddau cwantwm optegol.

Yn ddiweddar, dangosodd tîm ymchwil yn y Sefydliad Cemeg ym Mharis a Sefydliad Technoleg Karlsruhe gyda'i gilydd botensial grisial moleciwlaidd yn seiliedig ar ïonau Europiwm y Ddaear brin (EU³ +) ar gyfer cymwysiadau mewn systemau cwantwm optegol. Fe wnaethant ddarganfod bod allyriad lled-llinell ultra-narrow y grisial moleciwlaidd EU³ + hon yn galluogi rhyngweithio effeithlon â golau ac mae ganddo werth pwysig ynddocyfathrebu cwantwma chyfrifiadura cwantwm.


Ffigur 1: Cyfathrebu cwantwm yn seiliedig ar grisialau moleciwlaidd Europium prin

Gellir arosod gwladwriaethau cwantwm, felly gellir arosod gwybodaeth cwantwm. Gall un qubit gynrychioli amrywiaeth o wahanol daleithiau rhwng 0 ac 1 ar yr un pryd, gan ganiatáu i ddata gael ei brosesu ochr yn ochr â sypiau. O ganlyniad, bydd pŵer cyfrifiadurol cyfrifiaduron cwantwm yn cynyddu'n esbonyddol o'i gymharu â chyfrifiaduron digidol traddodiadol. Fodd bynnag, er mwyn cyflawni gweithrediadau cyfrifiadol, rhaid i arosodiad qubits allu parhau'n gyson am gyfnod o amser. Mewn mecaneg cwantwm, gelwir y cyfnod hwn o sefydlogrwydd yn oes cydlyniant. Gall troelli niwclear moleciwlau cymhleth gyflawni gwladwriaethau arosod gydag oes hir sych oherwydd bod dylanwad yr amgylchedd ar droelli niwclear yn cael ei gysgodi i bob pwrpas.

Mae ïonau daear prin a chrisialau moleciwlaidd yn ddwy system sydd wedi'u defnyddio mewn technoleg cwantwm. Mae gan ïonau daear prin briodweddau optegol a sbin rhagorol, ond mae'n anodd eu hintegreiddioDyfeisiau Optegol. Mae'n haws integreiddio crisialau moleciwlaidd, ond mae'n anodd sefydlu cysylltiad dibynadwy rhwng troelli a golau oherwydd bod y bandiau allyriadau yn rhy eang.

Mae'r crisialau moleciwlaidd daear prin a ddatblygwyd yn y gwaith hwn yn cyfuno manteision y ddau yn daclus y gall Eu³ + allyrru ffotonau sy'n cario gwybodaeth am sbin niwclear, o dan gyffro laser. Trwy arbrofion laser penodol, gellir cynhyrchu rhyngwyneb troelli optegol/niwclear effeithlon. Ar y sail hon, sylweddolodd yr ymchwilwyr ymhellach fynd i'r afael â lefel troelli niwclear, storio ffotonau yn gydlynol, a gweithredu'r gweithrediad cwantwm cyntaf.

Ar gyfer cyfrifiadura cwantwm effeithlon, mae angen qubits lluosog wedi'u clymu fel rheol. Dangosodd yr ymchwilwyr y gall EU³ + yn y crisialau moleciwlaidd uchod gyflawni ymglymiad cwantwm trwy gyplu maes trydan crwydr, gan alluogi prosesu gwybodaeth cwantwm. Oherwydd bod y crisialau moleciwlaidd yn cynnwys nifer o ïonau daear prin, gellir cyflawni dwysedd qubit cymharol uchel.

Gofyniad arall ar gyfer cyfrifiadura cwantwm yw mynd i'r afael â qubits unigol. Gall y dechneg mynd i'r afael ag optegol yn y gwaith hwn wella'r cyflymder darllen ac atal ymyrraeth y signal cylched. O'i gymharu ag astudiaethau blaenorol, mae cydlyniad optegol crisialau moleciwlaidd EU³ + a adroddir yn y gwaith hwn yn cael ei wella oddeutu mil gwaith, fel y gellir trin y taleithiau troelli niwclear yn optegol mewn ffordd benodol.

Mae signalau optegol hefyd yn addas ar gyfer dosbarthu gwybodaeth cwantwm pellter hir i gysylltu cyfrifiaduron cwantwm ar gyfer cyfathrebu cwantwm o bell. Gellid rhoi ystyriaeth bellach i integreiddio crisialau moleciwlaidd newydd EU³ + i'r strwythur ffotonig i wella'r signal goleuol. Mae'r gwaith hwn yn defnyddio moleciwlau daear prin fel sail ar gyfer rhyngrwyd cwantwm, ac mae'n cymryd cam pwysig tuag at bensaernïaeth cyfathrebu cwantwm yn y dyfodol.


Amser Post: Ion-02-2024