Teknologi informasi kuantum adalah teknologi informasi baru yang berbasis pada mekanika kuantum, yang mengkodekan, menghitung, dan mengirimkan informasi fisik yang terkandung di dalamnya.sistem kuantumPengembangan dan penerapan teknologi informasi kuantum akan membawa kita ke "era kuantum", dan mewujudkan efisiensi kerja yang lebih tinggi, metode komunikasi yang lebih aman, serta gaya hidup yang lebih nyaman dan ramah lingkungan.
Efisiensi komunikasi antar sistem kuantum bergantung pada kemampuan mereka untuk berinteraksi dengan cahaya. Namun, sangat sulit untuk menemukan material yang dapat memanfaatkan sepenuhnya sifat kuantum optik.
Baru-baru ini, sebuah tim peneliti di Institut Kimia di Paris dan Institut Teknologi Karlsruhe bersama-sama mendemonstrasikan potensi kristal molekuler berbasis ion europium tanah jarang (Eu³⁺) untuk aplikasi dalam sistem kuantum optik. Mereka menemukan bahwa emisi garis lebar ultra-sempit dari kristal molekuler Eu³⁺ ini memungkinkan interaksi yang efisien dengan cahaya dan memiliki nilai penting dalamkomunikasi kuantumdan komputasi kuantum.
Gambar 1: Komunikasi kuantum berdasarkan kristal molekul europium tanah jarang
Keadaan kuantum dapat ditumpangkan, sehingga informasi kuantum juga dapat ditumpangkan. Sebuah qubit tunggal dapat secara simultan merepresentasikan berbagai keadaan berbeda antara 0 dan 1, memungkinkan data diproses secara paralel dalam batch. Akibatnya, daya komputasi komputer kuantum akan meningkat secara eksponensial dibandingkan dengan komputer digital tradisional. Namun, untuk melakukan operasi komputasi, superposisi qubit harus dapat bertahan secara stabil selama periode waktu tertentu. Dalam mekanika kuantum, periode stabilitas ini dikenal sebagai masa hidup koherensi. Putaran inti molekul kompleks dapat mencapai keadaan superposisi dengan masa hidup kering yang panjang karena pengaruh lingkungan terhadap putaran inti terlindungi secara efektif.
Ion tanah jarang dan kristal molekuler adalah dua sistem yang telah digunakan dalam teknologi kuantum. Ion tanah jarang memiliki sifat optik dan spin yang sangat baik, tetapi sulit untuk diintegrasikan ke dalamperangkat optikKristal molekuler lebih mudah diintegrasikan, tetapi sulit untuk membangun hubungan yang andal antara spin dan cahaya karena pita emisinya terlalu lebar.
Kristal molekuler unsur tanah jarang yang dikembangkan dalam penelitian ini menggabungkan keunggulan keduanya dengan apik, yaitu, di bawah eksitasi laser, Eu³⁺ dapat memancarkan foton yang membawa informasi tentang spin nuklir. Melalui eksperimen laser spesifik, antarmuka optik/spin nuklir yang efisien dapat dihasilkan. Atas dasar ini, para peneliti selanjutnya mewujudkan pengalamatan tingkat spin nuklir, penyimpanan foton secara koheren, dan pelaksanaan operasi kuantum pertama.
Untuk komputasi kuantum yang efisien, biasanya diperlukan banyak qubit yang terentangle. Para peneliti menunjukkan bahwa Eu³⁺ dalam kristal molekuler di atas dapat mencapai keterentangan kuantum melalui kopling medan listrik liar, sehingga memungkinkan pemrosesan informasi kuantum. Karena kristal molekuler tersebut mengandung banyak ion tanah jarang, kepadatan qubit yang relatif tinggi dapat dicapai.
Persyaratan lain untuk komputasi kuantum adalah kemampuan pengalamatan qubit individual. Teknik pengalamatan optik dalam penelitian ini dapat meningkatkan kecepatan pembacaan dan mencegah interferensi sinyal sirkuit. Dibandingkan dengan penelitian sebelumnya, koherensi optik kristal molekul Eu³⁺ yang dilaporkan dalam penelitian ini ditingkatkan sekitar seribu kali lipat, sehingga keadaan spin nuklir dapat dimanipulasi secara optik dengan cara tertentu.
Sinyal optik juga cocok untuk distribusi informasi kuantum jarak jauh guna menghubungkan komputer kuantum untuk komunikasi kuantum jarak jauh. Pertimbangan lebih lanjut dapat diberikan pada integrasi kristal molekul Eu³⁺ baru ke dalam struktur fotonik untuk meningkatkan sinyal cahaya. Karya ini menggunakan molekul tanah jarang sebagai dasar untuk internet kuantum, dan merupakan langkah penting menuju arsitektur komunikasi kuantum di masa depan.
Waktu posting: 02-Jan-2024