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, dan gaya hidup yang lebih nyaman dan ramah lingkungan.
Efisiensi komunikasi antara 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, tim peneliti di Institut Kimia di Paris dan Institut Teknologi Karlsruhe bersama-sama menunjukkan potensi kristal molekuler berdasarkan ion europium tanah jarang (Eu³+) untuk aplikasi dalam sistem kuantum optik. Mereka menemukan bahwa emisi garis lebar yang sangat 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 molekuler europium tanah jarang
Keadaan kuantum dapat ditumpangkan, sehingga informasi kuantum dapat ditumpangkan. Satu qubit tunggal dapat secara bersamaan mewakili berbagai keadaan berbeda antara 0 dan 1, yang memungkinkan data diproses secara paralel dalam batch. Hasilnya, 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 jangka waktu tertentu. Dalam mekanika kuantum, periode stabilitas ini dikenal sebagai waktu hidup koherensi. Spin nuklir molekul kompleks dapat mencapai keadaan superposisi dengan waktu hidup kering yang panjang karena pengaruh lingkungan pada spin nuklir secara efektif terlindungi.
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 diintegrasikanperangkat optikKristal molekuler lebih mudah diintegrasikan, tetapi sulit untuk membangun hubungan yang andal antara spin dan cahaya karena pita emisi terlalu lebar.
Kristal molekul tanah jarang yang dikembangkan dalam karya ini menggabungkan keunggulan keduanya dengan rapi, yaitu, di bawah eksitasi laser, Eu³ + dapat memancarkan foton yang membawa informasi tentang spin nuklir. Melalui eksperimen laser tertentu, antarmuka spin optik/nuklir yang efisien dapat dihasilkan. Atas dasar ini, para peneliti selanjutnya menyadari pengalamatan tingkat spin nuklir, penyimpanan foton yang koheren, dan pelaksanaan operasi kuantum pertama.
Untuk komputasi kuantum yang efisien, biasanya diperlukan beberapa qubit yang terjerat. Para peneliti menunjukkan bahwa Eu³+ dalam kristal molekuler di atas dapat mencapai keterjeratan kuantum melalui penggabungan medan listrik liar, sehingga memungkinkan pemrosesan informasi kuantum. Karena kristal molekuler mengandung beberapa ion tanah jarang, kerapatan qubit yang relatif tinggi dapat dicapai.
Persyaratan lain untuk komputasi kuantum adalah pengalamatan qubit individual. Teknik pengalamatan optik dalam karya ini dapat meningkatkan kecepatan membaca dan mencegah interferensi sinyal sirkuit. Dibandingkan dengan penelitian sebelumnya, koherensi optik kristal molekuler Eu³ + yang dilaporkan dalam karya 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 molekuler Eu³+ baru ke dalam struktur fotonik untuk meningkatkan sinyal bercahaya. Pekerjaan ini menggunakan molekul tanah jarang sebagai dasar untuk Internet kuantum, dan mengambil langkah penting menuju arsitektur komunikasi kuantum masa depan.
Waktu posting: 02-Jan-2024