क्वांटम कम्युनिकेशन: रेणू, दुर्मिळ पृथ्वी आणि ऑप्टिकल

क्वांटम माहिती तंत्रज्ञान क्वांटम मेकॅनिक्सवर आधारित एक नवीन माहिती तंत्रज्ञान आहे, जे एन्कोड करते, गणना करते आणि त्यात समाविष्ट असलेल्या भौतिक माहितीचे प्रसारण करतेक्वांटम सिस्टम? क्वांटम माहिती तंत्रज्ञानाचा विकास आणि अनुप्रयोग आम्हाला “क्वांटम युग” मध्ये आणेल आणि उच्च कामाची कार्यक्षमता, अधिक सुरक्षित संप्रेषण पद्धती आणि अधिक सोयीस्कर आणि हिरव्या जीवनशैलीची जाणीव होईल.

क्वांटम सिस्टममधील संप्रेषणाची कार्यक्षमता प्रकाशासह संवाद साधण्याच्या त्यांच्या क्षमतेवर अवलंबून असते. तथापि, ऑप्टिकलच्या क्वांटम गुणधर्मांचा पुरेपूर फायदा घेऊ शकेल अशी एखादी सामग्री शोधणे फार कठीण आहे.

अलीकडेच, पॅरिसमधील रसायनशास्त्र संस्था आणि कार्लस्रुहे इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी एकत्रितपणे ऑप्टिकलच्या क्वांटम सिस्टममधील अनुप्रयोगांसाठी दुर्मिळ पृथ्वी युरोपियम आयन (ईयू +) वर आधारित आण्विक क्रिस्टलची संभाव्यता एकत्रितपणे दर्शविली. त्यांना आढळले की या ईयू + आण्विक क्रिस्टलचे अल्ट्रा-नॅरो लाइनविड्थ उत्सर्जन प्रकाशासह कार्यक्षम संवाद सक्षम करते आणि त्यात महत्त्वपूर्ण मूल्य आहेक्वांटम कम्युनिकेशनआणि क्वांटम कंप्यूटिंग.

आकृती 1: दुर्मिळ पृथ्वी युरोपियम आण्विक क्रिस्टल्सवर आधारित क्वांटम कम्युनिकेशन

क्वांटम स्टेट्स सुपरइम्पोज केले जाऊ शकतात, म्हणून क्वांटम माहिती सुपरइम्पोज केली जाऊ शकते. एकल क्विट एकाच वेळी 0 ते 1 दरम्यान विविध राज्यांचे प्रतिनिधित्व करू शकते, ज्यामुळे बॅचमध्ये समांतर डेटावर प्रक्रिया करता येते. परिणामी, पारंपारिक डिजिटल संगणकांच्या तुलनेत क्वांटम कॉम्प्यूटर्सची संगणकीय शक्ती वेगाने वाढेल. तथापि, संगणकीय ऑपरेशन्स करण्यासाठी, क्यूबिट्सचे सुपरपोजिशन काही काळासाठी स्थिर राहण्यास सक्षम असणे आवश्यक आहे. क्वांटम मेकॅनिक्समध्ये, स्थिरतेचा हा कालावधी सुसंगत आजीवन म्हणून ओळखला जातो. जटिल रेणूंचे अणु स्पिन दीर्घ कोरड्या आयुष्यासह सुपरपोजिशन स्टेट्स साध्य करू शकतात कारण अणु स्पिनवरील वातावरणाचा प्रभाव प्रभावीपणे ढाल केला जातो.

दुर्मिळ पृथ्वी आयन आणि आण्विक क्रिस्टल्स ही दोन प्रणाली आहेत जी क्वांटम तंत्रज्ञानामध्ये वापरल्या गेल्या आहेत. दुर्मिळ पृथ्वी आयनमध्ये उत्कृष्ट ऑप्टिकल आणि स्पिन गुणधर्म आहेत, परंतु त्यात समाकलित करणे कठीण आहेऑप्टिकल डिव्हाइस? आण्विक क्रिस्टल्स समाकलित करणे सोपे आहे, परंतु फिरकी आणि प्रकाश यांच्यात विश्वासार्ह कनेक्शन स्थापित करणे कठीण आहे कारण उत्सर्जन बँड खूप रुंद आहेत.

या कामात विकसित केलेले दुर्मिळ पृथ्वी आण्विक क्रिस्टल्स सुबकपणे त्या दोघांचे फायदे एकत्र करतात, लेसर उत्तेजन अंतर्गत, EU³ + अणु फिरकीबद्दल माहिती घेऊन फोटो उत्सर्जित करू शकतात. विशिष्ट लेसर प्रयोगांद्वारे, एक कार्यक्षम ऑप्टिकल/न्यूक्लियर स्पिन इंटरफेस तयार केला जाऊ शकतो. या आधारावर, संशोधकांना पुढे अणु फिरकी पातळीवरील पत्ता, फोटॉनचे सुसंगत साठवण आणि पहिल्या क्वांटम ऑपरेशनची अंमलबजावणी लक्षात आली.

कार्यक्षम क्वांटम कंप्यूटिंगसाठी, एकाधिक गुंतागुंतीच्या क्यूबिट्स सहसा आवश्यक असतात. संशोधकांनी असे सिद्ध केले की वरील आण्विक क्रिस्टल्समधील ईयू + भटक्या इलेक्ट्रिक फील्ड कपलिंगद्वारे क्वांटम अडचणी प्राप्त करू शकतात, ज्यामुळे क्वांटम माहिती प्रक्रिया सक्षम होते. आण्विक क्रिस्टल्समध्ये एकाधिक दुर्मिळ पृथ्वी आयन असतात, तुलनेने उच्च क्विट घनता साध्य करता येते.

क्वांटम संगणनाची आणखी एक आवश्यकता म्हणजे वैयक्तिक क्विट्सची पत्ता. या कामातील ऑप्टिकल अ‍ॅड्रेसिंग तंत्र वाचनाची गती सुधारू शकते आणि सर्किट सिग्नलच्या हस्तक्षेपास प्रतिबंधित करू शकते. मागील अभ्यासाच्या तुलनेत, या कामात नोंदविलेल्या ईयू + आण्विक क्रिस्टल्सचे ऑप्टिकल सुसंगतता सुमारे एक हजार पट सुधारली आहे, जेणेकरून विभक्त फिरकी राज्ये विशिष्ट मार्गाने ऑप्टिकली हाताळली जाऊ शकतात.

रिमोट क्वांटम कम्युनिकेशनसाठी क्वांटम संगणकांना जोडण्यासाठी ऑप्टिकल सिग्नल लांब पल्ल्याच्या क्वांटम माहिती वितरणासाठी देखील योग्य आहेत. चमकदार सिग्नल वाढविण्यासाठी नवीन ईयू + आण्विक क्रिस्टल्सच्या फोटॉनिक रचनेत एकत्रीकरणावर पुढील विचार केला जाऊ शकतो. हे कार्य क्वांटम इंटरनेटचा आधार म्हणून दुर्मिळ पृथ्वीचे रेणूंचा वापर करते आणि भविष्यातील क्वांटम कम्युनिकेशन आर्किटेक्चरच्या दिशेने एक महत्त्वपूर्ण पाऊल उचलते.