Teknologi informasi kuantum adalah teknologi informasi baru berdasarkan mekanika kuantum, yang mengkodekan, menghitung, dan mengirimkan informasi fisik yang terkandung di dalamnyasistem kuantum.Perkembangan dan penerapan teknologi informasi kuantum akan membawa kita memasuki “zaman 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 kemampuannya 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 optik kuantum.Mereka menemukan bahwa emisi garis ultra-sempit dari kristal molekul 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 dapat ditumpangkan.Sebuah qubit tunggal secara bersamaan dapat mewakili berbagai keadaan yang berbeda antara 0 dan 1, sehingga data dapat diproses secara paralel dalam batch.Akibatnya, kekuatan komputasi komputer kuantum akan meningkat secara eksponensial dibandingkan komputer digital tradisional.Namun, untuk melakukan operasi komputasi, superposisi qubit harus mampu bertahan secara stabil selama jangka waktu tertentu.Dalam mekanika kuantum, periode stabilitas ini dikenal sebagai masa koherensi.Putaran inti molekul kompleks dapat mencapai keadaan superposisi dengan masa 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 putaran yang sangat baik, namun sulit untuk diintegrasikanperangkat optik.Kristal molekuler lebih mudah untuk diintegrasikan, namun sulit untuk membuat hubungan yang dapat diandalkan antara putaran dan cahaya karena pita emisinya terlalu lebar.
Kristal molekuler tanah jarang yang dikembangkan dalam penelitian ini dengan rapi menggabungkan keunggulan keduanya, yaitu, di bawah eksitasi laser, Eu³ + dapat memancarkan foton yang membawa informasi tentang putaran nuklir.Melalui eksperimen laser tertentu, antarmuka putaran optik/nuklir yang efisien dapat dihasilkan.Atas dasar ini, para peneliti selanjutnya menyadari pengalamatan tingkat putaran 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 keterikatan kuantum melalui penggandengan medan listrik liar, sehingga memungkinkan pemrosesan informasi kuantum.Karena kristal molekuler mengandung banyak ion tanah jarang, kepadatan qubit yang relatif tinggi dapat dicapai.
Persyaratan lain untuk komputasi kuantum adalah kemampuan pengalamatan masing-masing qubit.Teknik pengalamatan optik pada karya ini dapat meningkatkan kecepatan membaca dan mencegah interferensi sinyal rangkaian.Dibandingkan dengan penelitian sebelumnya, koherensi optik kristal molekul Eu³ + yang dilaporkan dalam penelitian ini ditingkatkan sekitar seribu kali lipat, sehingga keadaan putaran 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.Pekerjaan ini menggunakan molekul tanah jarang sebagai dasar Internet kuantum, dan mengambil langkah penting menuju arsitektur komunikasi kuantum masa depan.
Waktu posting: 02 Januari 2024