క్వాంటం కమ్యూనికేషన్: అణువులు, అరుదైన భూలోహాలు మరియు ఆప్టికల్

క్వాంటం ఇన్ఫర్మేషన్ టెక్నాలజీ అనేది క్వాంటం మెకానిక్స్ ఆధారంగా పనిచేసే ఒక కొత్త సమాచార సాంకేతికత, ఇది భౌతిక సమాచారాన్ని ఎన్‌కోడ్ చేసి, గణించి, ప్రసారం చేస్తుంది.క్వాంటం వ్యవస్థక్వాంటం సమాచార సాంకేతికత యొక్క అభివృద్ధి మరియు అనువర్తనం మనల్ని "క్వాంటం యుగం"లోకి తీసుకువస్తుంది, మరియు అధిక పని సామర్థ్యాన్ని, మరింత సురక్షితమైన భావప్రసార పద్ధతులను మరియు మరింత సౌకర్యవంతమైన, పర్యావరణ అనుకూల జీవనశైలిని సాకారం చేస్తుంది.

క్వాంటం వ్యవస్థల మధ్య సమాచార మార్పిడి సామర్థ్యం, ​​కాంతితో పరస్పరం చర్య జరిపే వాటి సామర్థ్యంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. అయితే, కాంతి యొక్క క్వాంటం ధర్మాలను పూర్తిగా సద్వినియోగం చేసుకోగల పదార్థాన్ని కనుగొనడం చాలా కష్టం.

ఇటీవల, పారిస్‌లోని ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ కెమిస్ట్రీ మరియు కార్ల్స్‌రూ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ టెక్నాలజీకి చెందిన ఒక పరిశోధన బృందం సంయుక్తంగా, ఆప్టికల్ క్వాంటం వ్యవస్థలలోని అనువర్తనాల కోసం అరుదైన భూ మూలకాలైన యూరోపియం అయాన్‌ల (Eu³ +) ఆధారిత ఒక మాలిక్యులర్ క్రిస్టల్ యొక్క సామర్థ్యాన్ని ప్రదర్శించింది. ఈ Eu³ + మాలిక్యులర్ క్రిస్టల్ యొక్క అతి తక్కువ లైన్‌విడ్త్ ఉద్గారం కాంతితో సమర్థవంతమైన పరస్పర చర్యను సాధ్యం చేస్తుందని మరియు ఇది ముఖ్యమైన విలువను కలిగి ఉందని వారు కనుగొన్నారు.క్వాంటం కమ్యూనికేషన్మరియు క్వాంటం కంప్యూటింగ్.

చిత్రం 1: అరుదైన భూలోహ యూరోపియం అణు స్ఫటికాల ఆధారంగా క్వాంటం కమ్యూనికేషన్

క్వాంటం స్థితులను ఒకదానిపై ఒకటి ఆపాదించవచ్చు, కాబట్టి క్వాంటం సమాచారాన్ని కూడా ఆపాదించవచ్చు. ఒకే క్యూబిట్ 0 మరియు 1 మధ్య వివిధ రకాల స్థితులను ఏకకాలంలో సూచించగలదు, దీనివల్ల డేటాను బ్యాచ్‌లలో సమాంతరంగా ప్రాసెస్ చేయడానికి వీలవుతుంది. ఫలితంగా, సాంప్రదాయ డిజిటల్ కంప్యూటర్‌లతో పోలిస్తే క్వాంటం కంప్యూటర్‌ల గణన శక్తి విపరీతంగా పెరుగుతుంది. అయితే, గణన కార్యకలాపాలను నిర్వహించడానికి, క్యూబిట్‌ల సూపర్‌పొజిషన్ కొంత కాలం పాటు స్థిరంగా కొనసాగగలగాలి. క్వాంటం మెకానిక్స్‌లో, ఈ స్థిరత్వ కాలాన్ని కోహెరెన్స్ లైఫ్‌టైమ్ అని అంటారు. సంక్లిష్ట అణువుల కేంద్రక స్పిన్‌లు దీర్ఘకాలిక డ్రై లైఫ్‌టైమ్‌లతో సూపర్‌పొజిషన్ స్థితులను సాధించగలవు, ఎందుకంటే కేంద్రక స్పిన్‌లపై పరిసరాల ప్రభావం సమర్థవంతంగా నిరోధించబడుతుంది.

రేర్ ఎర్త్ అయాన్లు మరియు మాలిక్యులర్ క్రిస్టల్స్ అనేవి క్వాంటం టెక్నాలజీలో ఉపయోగించబడిన రెండు వ్యవస్థలు. రేర్ ఎర్త్ అయాన్లు అద్భుతమైన ఆప్టికల్ మరియు స్పిన్ లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి, కానీ వాటిని ఏకీకృతం చేయడం కష్టం.ఆప్టికల్ పరికరాలుఅణు స్ఫటికాలను ఏకీకృతం చేయడం సులభం, కానీ ఉద్గార బ్యాండ్‌లు చాలా విస్తృతంగా ఉండటం వల్ల స్పిన్ మరియు కాంతి మధ్య నమ్మకమైన సంబంధాన్ని ఏర్పరచడం కష్టం.

ఈ పరిశోధనలో అభివృద్ధి చేయబడిన అరుదైన భూ మూలకాల అణు స్ఫటికాలు రెండింటి ప్రయోజనాలను చక్కగా మిళితం చేస్తాయి, ఎందుకంటే లేజర్ ఉత్తేజం కింద, Eu³+ కేంద్రక స్పిన్ గురించిన సమాచారాన్ని మోసుకెళ్లే ఫోటాన్‌లను విడుదల చేయగలదు. నిర్దిష్ట లేజర్ ప్రయోగాల ద్వారా, ఒక సమర్థవంతమైన ఆప్టికల్/న్యూక్లియర్ స్పిన్ ఇంటర్‌ఫేస్‌ను సృష్టించవచ్చు. దీని ఆధారంగా, పరిశోధకులు కేంద్రక స్పిన్ స్థాయి అడ్రసింగ్, ఫోటాన్‌ల సుసంగత నిల్వ, మరియు మొదటి క్వాంటం ఆపరేషన్ అమలును మరింతగా సాకారం చేశారు.

సమర్థవంతమైన క్వాంటం కంప్యూటింగ్ కోసం, సాధారణంగా బహుళ చిక్కుబడిన క్యూబిట్‌లు అవసరం. పైన పేర్కొన్న మాలిక్యులర్ క్రిస్టల్స్‌లోని Eu³+ అయాన్లు, స్ట్రే ఎలక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ కప్లింగ్ ద్వారా క్వాంటం ఎంటాంగిల్‌మెంట్‌ను సాధించగలవని, తద్వారా క్వాంటం ఇన్ఫర్మేషన్ ప్రాసెసింగ్‌ను సాధ్యం చేయగలవని పరిశోధకులు నిరూపించారు. ఈ మాలిక్యులర్ క్రిస్టల్స్‌లో బహుళ రేర్ ఎర్త్ అయాన్లు ఉండటం వల్ల, సాపేక్షంగా అధిక క్యూబిట్ సాంద్రతలను సాధించవచ్చు.

క్వాంటం కంప్యూటింగ్ కోసం మరో ఆవశ్యకత ఏమిటంటే, ప్రతి ఒక్క క్యూబిట్‌ను గుర్తించగలగడం. ఈ పరిశోధనలోని ఆప్టికల్ అడ్రెస్సింగ్ పద్ధతి రీడింగ్ వేగాన్ని మెరుగుపరచగలదు మరియు సర్క్యూట్ సిగ్నల్ యొక్క జోక్యాన్ని నివారించగలదు. గత అధ్యయనాలతో పోలిస్తే, ఈ పరిశోధనలో నివేదించబడిన Eu³⁺ మాలిక్యులర్ క్రిస్టల్స్ యొక్క ఆప్టికల్ కోహెరెన్స్ సుమారు వెయ్యి రెట్లు మెరుగుపడింది, తద్వారా న్యూక్లియర్ స్పిన్ స్థితులను ఒక నిర్దిష్ట పద్ధతిలో ఆప్టికల్‌గా మార్చవచ్చు.

సుదూర క్వాంటం సమాచార ప్రసారం కోసం క్వాంటం కంప్యూటర్లను అనుసంధానించడానికి, సుదూర క్వాంటం సమాచార పంపిణీకి ఆప్టికల్ సంకేతాలు కూడా అనుకూలంగా ఉంటాయి. కాంతి సంకేతాన్ని మెరుగుపరచడానికి, కొత్త Eu³ + అణు స్ఫటికాలను ఫోటోనిక్ నిర్మాణంలోకి ఏకీకృతం చేయడంపై మరింత పరిశీలన చేయవచ్చు. ఈ పరిశోధన క్వాంటం ఇంటర్నెట్‌కు ఆధారంగా అరుదైన భూలోహ అణువులను ఉపయోగిస్తుంది మరియు భవిష్యత్ క్వాంటం సమాచార ప్రసార నిర్మాణాల దిశగా ఒక ముఖ్యమైన అడుగు వేస్తుంది.