क्वांटम कम्युनिकेशन: रेणू, दुर्मिळ पृथ्वी आणि ऑप्टिकल

क्वांटम माहिती तंत्रज्ञान हे क्वांटम मेकॅनिक्सवर आधारित एक नवीन माहिती तंत्रज्ञान आहे, जे यात समाविष्ट असलेल्या भौतिक माहितीचे एन्कोड, गणना आणि प्रसारित करते.क्वांटम प्रणाली. क्वांटम माहिती तंत्रज्ञानाचा विकास आणि वापर आपल्याला "क्वांटम एज" मध्ये आणेल आणि उच्च कार्यक्षमता, अधिक सुरक्षित संप्रेषण पद्धती आणि अधिक सोयीस्कर आणि हरित जीवनशैली अनुभवेल.

क्वांटम सिस्टममधील संवादाची कार्यक्षमता त्यांच्या प्रकाशाशी संवाद साधण्याच्या क्षमतेवर अवलंबून असते. तथापि, ऑप्टिकलच्या क्वांटम गुणधर्मांचा पूर्ण फायदा घेऊ शकेल अशी सामग्री शोधणे फार कठीण आहे.

अलीकडेच, पॅरिसमधील रसायनशास्त्र संस्था आणि कार्लस्रुहे इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी येथील संशोधन पथकाने एकत्रितपणे ऑप्टिकलच्या क्वांटम सिस्टीममधील अनुप्रयोगांसाठी दुर्मिळ पृथ्वी युरोपियम आयन (Eu³ +) वर आधारित आण्विक क्रिस्टलची क्षमता प्रदर्शित केली. त्यांना आढळले की या Eu³ + आण्विक क्रिस्टलचे अति-अरुंद रेषेचे उत्सर्जन प्रकाशाशी कार्यक्षम परस्परसंवाद सक्षम करते आणि त्यात महत्त्वाचे मूल्य आहे.क्वांटम कम्युनिकेशनआणि क्वांटम संगणन.

आकृती 1: दुर्मिळ पृथ्वी युरोपियम आण्विक क्रिस्टल्सवर आधारित क्वांटम कम्युनिकेशन

क्वांटम स्थिती सुपरइम्पोज केल्या जाऊ शकतात, म्हणून क्वांटम माहिती सुपरइम्पोज केली जाऊ शकते. एकल क्यूबिट एकाच वेळी 0 आणि 1 मधील विविध राज्यांचे प्रतिनिधित्व करू शकते, ज्यामुळे डेटावर बॅचमध्ये समांतरपणे प्रक्रिया केली जाऊ शकते. परिणामी, पारंपारिक डिजिटल संगणकांच्या तुलनेत क्वांटम संगणकांची संगणकीय शक्ती वेगाने वाढेल. तथापि, संगणकीय ऑपरेशन्स करण्यासाठी, क्यूबिट्सचे सुपरपोझिशन ठराविक कालावधीसाठी स्थिरपणे टिकून राहण्यास सक्षम असणे आवश्यक आहे. क्वांटम मेकॅनिक्समध्ये, स्थिरतेचा हा कालावधी सुसंगत जीवनकाळ म्हणून ओळखला जातो. जटिल रेणूंचे अणू स्पिन दीर्घ कोरड्या जीवनकाळात सुपरपोझिशन स्टेटस प्राप्त करू शकतात कारण अणु स्पिनवर पर्यावरणाचा प्रभाव प्रभावीपणे संरक्षित केला जातो.

दुर्मिळ पृथ्वी आयन आणि आण्विक क्रिस्टल्स या दोन प्रणाली आहेत ज्या क्वांटम तंत्रज्ञानामध्ये वापरल्या गेल्या आहेत. दुर्मिळ पृथ्वी आयनांमध्ये उत्कृष्ट ऑप्टिकल आणि स्पिन गुणधर्म आहेत, परंतु ते एकत्रित करणे कठीण आहेऑप्टिकल उपकरणे. आण्विक क्रिस्टल्स एकत्र करणे सोपे आहे, परंतु स्पिन आणि प्रकाश यांच्यात विश्वासार्ह कनेक्शन स्थापित करणे कठीण आहे कारण उत्सर्जन पट्ट्या खूप विस्तृत आहेत.

या कामात विकसित झालेले दुर्मिळ पृथ्वीचे आण्विक क्रिस्टल्स दोन्हीचे फायदे सुबकपणे एकत्र करतात, लेसर उत्तेजना अंतर्गत, Eu³ + न्यूक्लियर स्पिनची माहिती घेऊन जाणारे फोटॉन उत्सर्जित करू शकतात. विशिष्ट लेसर प्रयोगांद्वारे, एक कार्यक्षम ऑप्टिकल/न्यूक्लियर स्पिन इंटरफेस तयार केला जाऊ शकतो. या आधारावर, संशोधकांना न्यूक्लियर स्पिन लेव्हल ॲड्रेसिंग, फोटॉनचे सुसंगत स्टोरेज आणि पहिल्या क्वांटम ऑपरेशनची अंमलबजावणी लक्षात आली.

कार्यक्षम क्वांटम कंप्युटिंगसाठी, बहुधा अडकलेल्या क्यूबिट्सची आवश्यकता असते. संशोधकांनी असे दाखवून दिले की वरील आण्विक क्रिस्टल्समधील Eu³ + स्ट्रे इलेक्ट्रिक फील्ड कपलिंगद्वारे क्वांटम एंगलमेंट साध्य करू शकतात, ज्यामुळे क्वांटम माहिती प्रक्रिया सक्षम होते. आण्विक क्रिस्टल्समध्ये अनेक दुर्मिळ पृथ्वी आयन असल्यामुळे, तुलनेने उच्च क्यूबिट घनता प्राप्त केली जाऊ शकते.

क्वांटम कंप्युटिंगसाठी आणखी एक आवश्यकता म्हणजे वैयक्तिक क्यूबिट्सची पत्ताक्षमता. या कामातील ऑप्टिकल ॲड्रेसिंग तंत्र वाचन गती सुधारू शकते आणि सर्किट सिग्नलच्या हस्तक्षेपास प्रतिबंध करू शकते. मागील अभ्यासाच्या तुलनेत, या कामात नोंदवलेल्या Eu³ + आण्विक क्रिस्टल्सची ऑप्टिकल सुसंगतता सुमारे एक हजार पटीने सुधारली आहे, ज्यामुळे न्यूक्लियर स्पिन अवस्था विशिष्ट पद्धतीने ऑप्टिकलपणे हाताळता येऊ शकतात.

दूरस्थ क्वांटम कम्युनिकेशनसाठी क्वांटम संगणक कनेक्ट करण्यासाठी लांब-अंतराच्या क्वांटम माहिती वितरणासाठी ऑप्टिकल सिग्नल देखील योग्य आहेत. प्रकाशमान सिग्नल वाढविण्यासाठी फोटोनिक रचनेमध्ये नवीन Eu³ + आण्विक क्रिस्टल्सच्या एकत्रीकरणावर अधिक विचार केला जाऊ शकतो. हे कार्य क्वांटम इंटरनेटचा आधार म्हणून दुर्मिळ पृथ्वीच्या रेणूंचा वापर करते आणि भविष्यातील क्वांटम कम्युनिकेशन आर्किटेक्चरच्या दिशेने एक महत्त्वाचे पाऊल उचलते.