Quantum Information Technology est une nouvelle technologie de l'information basée sur la mécanique quantique, qui code, calcule et transmet les informations physiques contenues danssystème quantique. Le développement et l'application des technologies de l'information quantique nous amèneront dans «l'âge quantique» et réaliseront une efficacité de travail plus élevée, des méthodes de communication plus sécurisées et un style de vie plus pratique et vert.
L'efficacité de la communication entre les systèmes quantiques dépend de leur capacité à interagir avec la lumière. Cependant, il est très difficile de trouver un matériau qui peut profiter pleinement des propriétés quantiques de l'optique.
Récemment, une équipe de recherche à l'Institut de chimie de Paris et à l'Institut de technologie de Karlsruhe a démontré ensemble le potentiel d'un cristal moléculaire basé sur des ions europium de terres rares (EU³ +) pour des applications dans des systèmes quantiques d'optique. Ils ont constaté que l'émission de largeur de ligne ultra-narrow de ce cristal moléculaire Eu³ + permet une interaction efficace avec la lumière et a une valeur importante danscommunication quantiqueet l'informatique quantique.
Figure 1: Communication quantique basée sur des cristaux moléculaires Europium en terres rares
Les états quantiques peuvent être superposés, de sorte que les informations quantiques peuvent être superposées. Un seul qubit peut représenter simultanément une variété d'états différents entre 0 et 1, permettant de traiter les données en parallèle par lots. En conséquence, la puissance de calcul des ordinateurs quantiques augmentera de façon exponentielle par rapport aux ordinateurs numériques traditionnels. Cependant, afin d'effectuer des opérations de calcul, la superposition de qubits doit être capable de persister régulièrement pendant un certain temps. En mécanique quantique, cette période de stabilité est connue sous le nom de durée de vie de cohérence. Les tours nucléaires de molécules complexes peuvent atteindre des états de superposition avec une longue durée de vie sèche car l'influence de l'environnement sur les spins nucléaires est effectivement protégée.
Les ions terres rares et les cristaux moléculaires sont deux systèmes qui ont été utilisés dans la technologie quantique. Les ions de terres rares ont d'excellentes propriétés optiques et spin, mais elles sont difficiles à intégrerdispositifs optiques. Les cristaux moléculaires sont plus faciles à intégrer, mais il est difficile d'établir une connexion fiable entre le spin et la lumière car les bandes d'émission sont trop larges.
Les cristaux moléculaires de terres rares développés dans ce travail combinent soigneusement les avantages des deux en ce qui, sous excitation laser, peut émettre des photons portant des informations sur la rotation nucléaire. Grâce à des expériences laser spécifiques, une interface de spin optique / nucléaire efficace peut être générée. Sur cette base, les chercheurs ont en outre réalisé le niveau de rotation nucléaire s'adressant, le stockage cohérent des photons et l'exécution de la première opération quantique.
Pour un calcul quantique efficace, plusieurs qubits enchevêtrés sont généralement nécessaires. Les chercheurs ont démontré que l'Eu³ + dans les cristaux moléculaires ci-dessus peut atteindre un enchevêtrement quantique par le couplage de champ électrique parasite, permettant ainsi le traitement de l'information quantique. Parce que les cristaux moléculaires contiennent plusieurs ions de terres rares, des densités de qubit relativement élevées peuvent être obtenues.
Une autre exigence pour l'informatique quantique est l'adressabilité des qubits individuels. La technique d'adressage optique dans ce travail peut améliorer la vitesse de lecture et empêcher l'interférence du signal du circuit. Par rapport aux études précédentes, la cohérence optique des cristaux moléculaires Eu³ + rapportée dans ce travail est améliorée d'environ mille fois, de sorte que les états de spin nucléaire peuvent être manipulés optiquement de manière spécifique.
Les signaux optiques conviennent également à la distribution des informations quantiques à longue distance pour connecter les ordinateurs quantiques pour la communication quantique à distance. Une autre considération pourrait être accordée à l'intégration de nouveaux cristaux moléculaires Eu³ + dans la structure photonique pour améliorer le signal lumineux. Ce travail utilise des molécules de terres rares comme base d'Internet quantique et fait un pas important vers les futures architectures de communication quantique.
Heure du poste: janvier-02-2024