क्वांटम संचार: अणु, दुर्लभ पृथ्वी और ऑप्टिकल

क्वांटम सूचना प्रौद्योगिकी क्वांटम यांत्रिकी पर आधारित एक नई सूचना प्रौद्योगिकी है, जो निहित भौतिक जानकारी को एन्कोड करती है, गणना करती है और प्रसारित करती हैमात्रा प्रणाली। क्वांटम सूचना प्रौद्योगिकी का विकास और अनुप्रयोग हमें "क्वांटम आयु" में लाएगा, और उच्च कार्य दक्षता, अधिक सुरक्षित संचार विधियों और अधिक सुविधाजनक और हरे रंग की जीवन शैली का एहसास करेगा।

क्वांटम सिस्टम के बीच संचार की दक्षता प्रकाश के साथ बातचीत करने की उनकी क्षमता पर निर्भर करती है। हालांकि, एक ऐसी सामग्री खोजना बहुत मुश्किल है जो ऑप्टिकल के क्वांटम गुणों का पूरा लाभ उठा सके।

हाल ही में, पेरिस में रसायन विज्ञान संस्थान और कार्लसुहे इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में एक शोध टीम ने एक साथ ऑप्टिकल के क्वांटम सिस्टम में अनुप्रयोगों के लिए दुर्लभ पृथ्वी यूरोपियम आयनों (EU³ +) पर आधारित एक आणविक क्रिस्टल की क्षमता का प्रदर्शन किया। उन्होंने पाया कि इस EU। + आणविक क्रिस्टल का अल्ट्रा-नैरो लाइनविड्थ उत्सर्जन प्रकाश के साथ कुशल बातचीत को सक्षम करता है और इसमें महत्वपूर्ण मूल्य हैमात्रा संचारऔर क्वांटम कंप्यूटिंग।

चित्रा 1: दुर्लभ पृथ्वी यूरोपियम आणविक क्रिस्टल पर आधारित क्वांटम संचार

क्वांटम राज्यों को सुपरिंपोज किया जा सकता है, इसलिए क्वांटम जानकारी को सुपरिंपोज किया जा सकता है। एक एकल क्विट एक साथ 0 और 1 के बीच विभिन्न राज्यों की एक किस्म का प्रतिनिधित्व कर सकता है, जिससे डेटा को बैचों में समानांतर में संसाधित किया जा सकता है। नतीजतन, क्वांटम कंप्यूटरों की कंप्यूटिंग शक्ति पारंपरिक डिजिटल कंप्यूटरों की तुलना में तेजी से बढ़ेगी। हालांकि, कम्प्यूटेशनल संचालन करने के लिए, क्वबिट्स के सुपरपोजिशन को समय की अवधि के लिए लगातार बनाए रखने में सक्षम होना चाहिए। क्वांटम यांत्रिकी में, स्थिरता की इस अवधि को सुसंगत जीवनकाल के रूप में जाना जाता है। जटिल अणुओं के परमाणु स्पिन लंबे शुष्क जीवनकाल के साथ सुपरपोजिशन राज्यों को प्राप्त कर सकते हैं क्योंकि परमाणु स्पिन पर पर्यावरण का प्रभाव प्रभावी रूप से परिरक्षित होता है।

दुर्लभ पृथ्वी आयन और आणविक क्रिस्टल दो सिस्टम हैं जिनका उपयोग क्वांटम प्रौद्योगिकी में किया गया है। दुर्लभ पृथ्वी आयनों में उत्कृष्ट ऑप्टिकल और स्पिन गुण हैं, लेकिन उन्हें एकीकृत करना मुश्किल हैऑप्टिकल उपकरण। आणविक क्रिस्टल को एकीकृत करना आसान है, लेकिन स्पिन और प्रकाश के बीच एक विश्वसनीय संबंध स्थापित करना मुश्किल है क्योंकि उत्सर्जन बैंड बहुत चौड़े हैं।

इस काम में विकसित दुर्लभ पृथ्वी आणविक क्रिस्टल बड़े करीने से दोनों के फायदों को संयोजित करते हैं, लेजर उत्तेजना के तहत, EU, + परमाणु स्पिन के बारे में जानकारी ले जाने वाले फोटॉन का उत्सर्जन कर सकते हैं। विशिष्ट लेजर प्रयोगों के माध्यम से, एक कुशल ऑप्टिकल/परमाणु स्पिन इंटरफ़ेस उत्पन्न किया जा सकता है। इस आधार पर, शोधकर्ताओं ने परमाणु स्पिन स्तर को संबोधित करने, फोटॉनों के सुसंगत भंडारण और पहले क्वांटम ऑपरेशन के निष्पादन का एहसास किया।

कुशल क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए, कई उलझे हुए क्विट्स की आवश्यकता होती है। शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि उपरोक्त आणविक क्रिस्टल में Eu³ + आवारा विद्युत क्षेत्र युग्मन के माध्यम से क्वांटम उलझाव को प्राप्त कर सकता है, इस प्रकार क्वांटम सूचना प्रसंस्करण को सक्षम करता है। क्योंकि आणविक क्रिस्टल में कई दुर्लभ पृथ्वी आयन होते हैं, अपेक्षाकृत उच्च qubit घनत्व प्राप्त किया जा सकता है।

क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए एक और आवश्यकता व्यक्तिगत क्वबिट्स का पता है। इस काम में ऑप्टिकल एड्रेसिंग तकनीक पढ़ने की गति में सुधार कर सकती है और सर्किट सिग्नल के हस्तक्षेप को रोक सकती है। पिछले अध्ययनों की तुलना में, इस काम में रिपोर्ट किए गए EU of + आणविक क्रिस्टल के ऑप्टिकल सुसंगतता में लगभग एक हजार गुना सुधार हुआ है, ताकि परमाणु स्पिन राज्यों को एक विशिष्ट तरीके से वैकल्पिक रूप से हेरफेर किया जा सके।

दूरस्थ क्वांटम संचार के लिए क्वांटम कंप्यूटर को जोड़ने के लिए लंबी दूरी की क्वांटम सूचना वितरण के लिए ऑप्टिकल सिग्नल भी उपयुक्त हैं। आगे के विचार को नए EU of + आणविक क्रिस्टल के एकीकरण को फोटोनिक संरचना में ल्यूमिनस सिग्नल को बढ़ाने के लिए दिया जा सकता है। यह काम क्वांटम इंटरनेट के आधार के रूप में दुर्लभ पृथ्वी अणुओं का उपयोग करता है, और भविष्य के क्वांटम संचार आर्किटेक्चर की ओर एक महत्वपूर्ण कदम उठाता है।