Quanteninformatiounstechnologie ass eng nei Informatiounstechnologie baséiert op der Quantemechanik, déi déi physikalesch Informatioun kodéiert, berechent an iwwerdroe kann.QuantesystemD'Entwécklung an d'Uwendung vun der Quanteninformatiounstechnologie wäerten eis an d'"Quantenzäitalter" bréngen an eng méi héich Aarbechtseffizienz, méi sécher Kommunikatiounsmethoden an e méi prakteschen a grénge Liewensstil erreechen.
D'Effizienz vun der Kommunikatioun tëscht Quantesystemer hänkt vun hirer Fäegkeet of, mat Liicht ze interagéieren. Et ass awer ganz schwéier, e Material ze fannen, dat d'Quanteeegeschafte vun der optescher Technologie voll ausnotze kann.
Viru kuerzem huet en Fuerschungsteam vum Institut fir Chimie zu Paräis an dem Karlsruher Institut fir Technologie zesummen de Potenzial vun engem Molekularkristall baséiert op seltenen Äerd-Europium-Ionen (Eu³+) fir Uwendungen a Quantesystemer vun der optescher Technologie demonstréiert. Si hunn erausfonnt, datt déi ultra-schmuel Linnebreet-Emissioun vun dësem Eu³+ Molekularkristall eng effizient Interaktioun mat Liicht erméiglecht a wichtege Wäert huet.Quantekommunikatiouna Quanteberechnung.
Figur 1: Quantekommunikatioun baséiert op molekulare Kristaller aus seltenen Äerdmetaller aus Europium
Quantezoustänn kënnen iwwerlagert ginn, sou datt Quanteinformatioun iwwerlagert ka ginn. Een eenzege Qubit kann gläichzäiteg eng Villfalt vun ënnerschiddlechen Zoustänn tëscht 0 an 1 representéieren, wouduerch Daten parallel a Batchen veraarbecht kënne ginn. Dofir wäert d'Rechenleistung vu Quantecomputer exponentiell eropgoen am Verglach mat traditionellen digitale Computeren. Fir Berechnungsoperatiounen auszeféieren, muss d'Superpositioun vu Qubits awer fäeg sinn, fir eng Zäit laang stänneg ze bestoe bleiwen. An der Quantemechanik ass dës Period vun der Stabilitéit als Kohärenzliewensdauer bekannt. D'Nuklearspinne vu komplexe Moleküle kënnen Superpositiounszoustänn mat laangen dréchene Liewensdauern erreechen, well den Afloss vun der Ëmwelt op d'Nuklearspinne effektiv ofgeschiermt ass.
Selten Äerdionen a molekulare Kristaller sinn zwee Systemer, déi an der Quantetechnologie benotzt goufen. Selten Äerdionen hunn exzellent optesch an Spin-Eegeschaften, awer si sinn schwéier an ... z'integréieren.optesch ApparaterMolekular Kristalle si méi einfach ze integréieren, awer et ass schwéier eng zouverlässeg Verbindung tëscht Spin a Liicht opzestellen, well d'Emissiounsbänner ze breet sinn.
Déi selten Äerdmolekularkristaller, déi an dëser Aarbecht entwéckelt goufen, kombinéieren d'Virdeeler vun deenen zwou, andeems Eu³+ ënner Lasererregung Photonen emittéiere kann, déi Informatiounen iwwer den nukleare Spin droen. Duerch spezifesch Laserexperimenter kann eng effizient optesch/nuklear Spin-Grenzfläche generéiert ginn. Op dëser Basis hunn d'Fuerscher weider d'Adresséierung vum nukleare Spin-Niveau, d'kohärent Späicherung vu Photonen an d'Ausféierung vun der éischter Quanteoperatioun realiséiert.
Fir effizient Quanteberechnung sinn normalerweis méi entangled Qubits erfuerderlech. D'Fuerscher hunn demonstréiert, datt Eu³+ an den uewe genannten molekulare Kristaller eng Quanten-Entanglement duerch Streierelektrescht Feldkopplung erreeche kann, wat d'Veraarbechtung vu Quanteninformatiounen erméiglecht. Well d'Molekularkristaller méi rar Äerdionen enthalen, kënnen relativ héich Qubit-Dichten erreecht ginn.
Eng aner Viraussetzung fir Quantecomputer ass d'Adresséierbarkeet vun eenzelne Qubits. Déi optesch Adresséierungstechnik an dëser Aarbecht kann d'Liesgeschwindegkeet verbesseren an d'Interferenz vum Circuitsignal verhënneren. Am Verglach mat fréiere Studien ass déi optesch Kohärenz vun Eu³+ Molekularkristaller, déi an dëser Aarbecht beschriwwe ginn, ëm ongeféier en dausendfache verbessert ginn, sou datt d'Spinzoustänn vum Kär optesch op eng spezifesch Manéier manipuléiert kënne ginn.
Optesch Signaler si gëeegent fir d'Verdeelung vu Quanteninformatiounen iwwer grouss Distanzen, fir Quantecomputer fir Fernkommunikatioun mateneen ze verbannen. Weider Iwwerleeunge kéinte mat der Integratioun vun neien Eu³+ Molekularkristaller an der photonescher Struktur gemaach ginn, fir de Liichtsignal ze verbesseren. Dës Aarbecht benotzt selten Äerdmoleküle als Basis fir de Quanteninternet a mécht e wichtege Schrëtt a Richtung zukünfteg Quantekommunikatiounsarchitekturen.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 02.01.2024