క్వాంటం కమ్యూనికేషన్: అణువులు, అరుదైన భూమి మరియు ఆప్టికల్

క్వాంటం ఇన్ఫర్మేషన్ టెక్నాలజీ అనేది క్వాంటం మెకానిక్స్ ఆధారంగా ఒక కొత్త సమాచార సాంకేతికత, ఇది దీనిలో ఉన్న భౌతిక సమాచారాన్ని ఎన్కోడ్ చేస్తుంది, గణిస్తుంది మరియు ప్రసారం చేస్తుందిక్వాంటం వ్యవస్థ. క్వాంటం సమాచార సాంకేతిక పరిజ్ఞానం అభివృద్ధి మరియు అనువర్తనం మనల్ని "క్వాంటమ్ యుగం"లోకి తీసుకువస్తుంది మరియు అధిక పని సామర్థ్యం, ​​మరింత సురక్షితమైన కమ్యూనికేషన్ పద్ధతులు మరియు మరింత సౌకర్యవంతమైన మరియు ఆకుపచ్చ జీవనశైలిని సాకారం చేస్తుంది.

క్వాంటం వ్యవస్థల మధ్య కమ్యూనికేషన్ సామర్థ్యం కాంతితో సంకర్షణ చెందే వాటి సామర్థ్యంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. అయితే, ఆప్టికల్ యొక్క క్వాంటం లక్షణాలను పూర్తిగా ఉపయోగించుకోగల పదార్థాన్ని కనుగొనడం చాలా కష్టం.

ఇటీవల, పారిస్‌లోని ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమిస్ట్రీ మరియు కార్ల్స్రూహె ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ టెక్నాలజీలోని పరిశోధనా బృందం కలిసి ఆప్టికల్ యొక్క క్వాంటం వ్యవస్థలలో అనువర్తనాల కోసం అరుదైన భూమి యూరోపియం అయాన్ల (Eu³ +) ఆధారంగా ఒక పరమాణు క్రిస్టల్ యొక్క సామర్థ్యాన్ని ప్రదర్శించాయి. ఈ Eu³ + మాలిక్యులర్ క్రిస్టల్ యొక్క అల్ట్రా-ఇరుకైన లైన్‌విడ్త్ ఉద్గారం కాంతితో సమర్థవంతమైన పరస్పర చర్యను అనుమతిస్తుంది మరియు ముఖ్యమైన విలువను కలిగి ఉందని వారు కనుగొన్నారుక్వాంటం కమ్యూనికేషన్మరియు క్వాంటం కంప్యూటింగ్.

చిత్రం 1: అరుదైన భూమి యూరోపియం మాలిక్యులర్ స్ఫటికాల ఆధారంగా క్వాంటం కమ్యూనికేషన్

క్వాంటం స్థితులను సూపర్‌ఇంపోజ్ చేయవచ్చు, కాబట్టి క్వాంటం సమాచారాన్ని సూపర్‌ఇంపోజ్ చేయవచ్చు. ఒకే క్విట్ ఏకకాలంలో 0 మరియు 1 మధ్య వివిధ స్థితులను సూచిస్తుంది, డేటాను బ్యాచ్‌లలో సమాంతరంగా ప్రాసెస్ చేయడానికి అనుమతిస్తుంది. ఫలితంగా, క్వాంటం కంప్యూటర్ల కంప్యూటింగ్ శక్తి సాంప్రదాయ డిజిటల్ కంప్యూటర్‌లతో పోలిస్తే విపరీతంగా పెరుగుతుంది. అయితే, గణన కార్యకలాపాలను నిర్వహించడానికి, క్విట్‌ల సూపర్‌పొజిషన్ కొంత కాలం పాటు స్థిరంగా ఉండగలగాలి. క్వాంటం మెకానిక్స్‌లో, ఈ స్థిరత్వ కాలాన్ని కోహెరెన్స్ జీవితకాలం అంటారు. సంక్లిష్ట అణువుల న్యూక్లియర్ స్పిన్‌లు దీర్ఘ పొడి జీవితకాలంతో సూపర్‌పొజిషన్ స్థితులను సాధించగలవు ఎందుకంటే న్యూక్లియర్ స్పిన్‌లపై పర్యావరణ ప్రభావం సమర్థవంతంగా రక్షించబడుతుంది.

అరుదైన భూమి అయాన్లు మరియు పరమాణు స్ఫటికాలు క్వాంటం టెక్నాలజీలో ఉపయోగించబడిన రెండు వ్యవస్థలు. అరుదైన భూమి అయాన్లు అద్భుతమైన ఆప్టికల్ మరియు స్పిన్ లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి, కానీ వాటిని విలీనం చేయడం కష్టంఆప్టికల్ పరికరాలుపరమాణు స్ఫటికాలను ఏకీకృతం చేయడం సులభం, కానీ ఉద్గార బ్యాండ్‌లు చాలా వెడల్పుగా ఉండటం వల్ల స్పిన్ మరియు కాంతి మధ్య నమ్మకమైన సంబంధాన్ని ఏర్పరచడం కష్టం.

ఈ పనిలో అభివృద్ధి చేయబడిన అరుదైన భూమి పరమాణు స్ఫటికాలు రెండింటి ప్రయోజనాలను చక్కగా మిళితం చేస్తాయి, లేజర్ ఉత్తేజితం కింద, Eu³ + న్యూక్లియర్ స్పిన్ గురించి సమాచారాన్ని మోసుకెళ్ళే ఫోటాన్‌లను విడుదల చేయగలదు. నిర్దిష్ట లేజర్ ప్రయోగాల ద్వారా, సమర్థవంతమైన ఆప్టికల్/న్యూక్లియర్ స్పిన్ ఇంటర్‌ఫేస్‌ను ఉత్పత్తి చేయవచ్చు. దీని ఆధారంగా, పరిశోధకులు న్యూక్లియర్ స్పిన్ లెవల్ అడ్రసింగ్, ఫోటాన్‌ల పొందికైన నిల్వ మరియు మొదటి క్వాంటం ఆపరేషన్ అమలును మరింతగా గ్రహించారు.

సమర్థవంతమైన క్వాంటం కంప్యూటింగ్ కోసం, బహుళ చిక్కుకున్న క్విట్‌లు సాధారణంగా అవసరం. పైన పేర్కొన్న పరమాణు స్ఫటికాలలోని Eu³ + స్ట్రే ఎలక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ కలపడం ద్వారా క్వాంటం చిక్కును సాధించగలదని, తద్వారా క్వాంటం సమాచార ప్రాసెసింగ్‌ను ప్రారంభించవచ్చని పరిశోధకులు నిరూపించారు. పరమాణు స్ఫటికాలు బహుళ అరుదైన భూమి అయాన్లను కలిగి ఉన్నందున, సాపేక్షంగా అధిక క్విట్‌ సాంద్రతలను సాధించవచ్చు.

క్వాంటం కంప్యూటింగ్‌కు మరో అవసరం వ్యక్తిగత క్విట్‌ల చిరునామా సామర్థ్యం. ఈ పనిలోని ఆప్టికల్ అడ్రస్సింగ్ టెక్నిక్ పఠన వేగాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది మరియు సర్క్యూట్ సిగ్నల్ యొక్క జోక్యాన్ని నిరోధించగలదు. మునుపటి అధ్యయనాలతో పోలిస్తే, ఈ పనిలో నివేదించబడిన Eu³ + మాలిక్యులర్ స్ఫటికాల యొక్క ఆప్టికల్ కోహెరెన్స్ సుమారు వెయ్యి రెట్లు మెరుగుపడింది, తద్వారా న్యూక్లియర్ స్పిన్ స్థితులను ఒక నిర్దిష్ట మార్గంలో ఆప్టికల్‌గా మార్చవచ్చు.

రిమోట్ క్వాంటం కమ్యూనికేషన్ కోసం క్వాంటం కంప్యూటర్లను అనుసంధానించడానికి సుదూర క్వాంటం సమాచార పంపిణీకి ఆప్టికల్ సిగ్నల్స్ కూడా అనుకూలంగా ఉంటాయి. ప్రకాశించే సిగ్నల్‌ను మెరుగుపరచడానికి ఫోటోనిక్ నిర్మాణంలో కొత్త Eu³ + మాలిక్యులర్ స్ఫటికాలను ఏకీకృతం చేయడానికి మరింత పరిశీలన ఇవ్వవచ్చు. ఈ పని క్వాంటం ఇంటర్నెట్‌కు ఆధారంగా అరుదైన భూమి అణువులను ఉపయోగిస్తుంది మరియు భవిష్యత్ క్వాంటం కమ్యూనికేషన్ ఆర్కిటెక్చర్‌ల వైపు ఒక ముఖ్యమైన అడుగు వేస్తుంది.