양자정보기술(Quantum Information Technology)은 양자역학을 기반으로 컴퓨터에 담긴 물리적인 정보를 부호화, 연산, 전송하는 새로운 정보기술이다.양자 시스템. 양자정보기술의 개발과 적용은 우리를 '양자시대'로 이끌 것이며, 더 높은 업무 효율성, 더 안전한 통신 방식, 더 편리하고 친환경적인 라이프 스타일을 실현할 것입니다.
양자 시스템 간의 통신 효율성은 빛과 상호 작용하는 능력에 따라 달라집니다. 그러나 광학의 양자적 특성을 최대한 활용할 수 있는 물질을 찾는 것은 매우 어렵습니다.
최근 파리 화학연구소와 칼스루에 공과대학 연구팀은 광학 양자 시스템에 적용할 수 있는 희토류 유로듐 이온(Eu3 +) 기반 분자 결정의 잠재력을 함께 입증했습니다. 그들은 이 Eu³ + 분자 결정의 매우 좁은 선폭 방출이 빛과 효율적인 상호 작용을 가능하게 하고 다음과 같은 중요한 가치를 갖는다는 것을 발견했습니다.양자통신그리고 양자 컴퓨팅.
그림 1: 희토류 유로퓸 분자 결정을 기반으로 한 양자 통신
양자 상태가 중첩될 수 있으므로 양자 정보도 중첩될 수 있습니다. 단일 큐비트는 0과 1 사이의 다양한 상태를 동시에 나타낼 수 있으므로 데이터를 일괄적으로 병렬 처리할 수 있습니다. 결과적으로 양자 컴퓨터의 컴퓨팅 성능은 기존 디지털 컴퓨터에 비해 기하급수적으로 증가할 것입니다. 그러나 계산 작업을 수행하려면 큐비트의 중첩이 일정 기간 동안 꾸준히 지속될 수 있어야 합니다. 양자역학에서는 이러한 안정성 기간을 일관성 수명이라고 합니다. 복잡한 분자의 핵 스핀은 핵 스핀에 대한 환경의 영향이 효과적으로 차단되기 때문에 긴 건조 수명을 가진 중첩 상태를 달성할 수 있습니다.
희토류 이온과 분자 결정은 양자 기술에 사용되는 두 가지 시스템입니다. 희토류 이온은 광학적, 스핀적 특성이 우수하지만, 결합이 어렵다.광학 장치. 분자 결정은 통합하기가 더 쉽지만 방출 대역이 너무 넓기 때문에 스핀과 빛 사이의 안정적인 연결을 설정하기가 어렵습니다.
이 연구에서 개발된 희토류 분자 결정은 레이저 여기 하에서 Eu3 +가 핵 스핀에 대한 정보를 전달하는 광자를 방출할 수 있다는 점에서 두 가지 장점을 깔끔하게 결합합니다. 특정 레이저 실험을 통해 효율적인 광학/핵 스핀 인터페이스가 생성될 수 있습니다. 이를 바탕으로 연구진은 핵 스핀 수준 주소 지정, 광자의 일관된 저장 및 최초의 양자 연산 실행을 더욱 실현했습니다.
효율적인 양자 컴퓨팅을 위해서는 일반적으로 여러 개의 얽힌 큐비트가 필요합니다. 연구진은 위의 분자 결정에 있는 Eu³ +가 표유 전기장 결합을 통해 양자 얽힘을 달성하여 양자 정보 처리가 가능함을 입증했습니다. 분자 결정에는 여러 개의 희토류 이온이 포함되어 있기 때문에 상대적으로 높은 큐비트 밀도를 얻을 수 있습니다.
양자 컴퓨팅의 또 다른 요구 사항은 개별 큐비트의 주소 지정 가능성입니다. 본 연구의 광학 어드레싱 기술은 읽기 속도를 향상시키고 회로 신호의 간섭을 방지할 수 있습니다. 이전 연구에 비해 본 연구에서 보고된 Eu3 + 분자 결정의 광학 일관성은 약 1000배 향상되어 핵 스핀 상태를 특정 방식으로 광학적으로 조작할 수 있습니다.
광신호는 원격 양자통신을 위해 양자컴퓨터를 연결하는 장거리 양자정보 분산에도 적합하다. 발광 신호를 향상시키기 위해 새로운 Eu³ + 분자 결정을 광자 구조에 통합하는 것에 대해 추가로 고려할 수 있습니다. 이 연구는 희토류 분자를 양자 인터넷의 기초로 사용하며 미래 양자 통신 아키텍처를 향한 중요한 발걸음을 내디뎠습니다.
게시 시간: 2024년 1월 2일