ક્વોન્ટમ સંચાર: અણુઓ, દુર્લભ પૃથ્વી અને ઓપ્ટિકલ

ક્વોન્ટમ ઇન્ફર્મેશન ટેક્નોલોજી એ ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ પર આધારિત નવી માહિતી ટેકનોલોજી છે, જે તેમાં સમાવિષ્ટ ભૌતિક માહિતીને એન્કોડ કરે છે, ગણતરી કરે છે અને ટ્રાન્સમિટ કરે છે.ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ. ક્વોન્ટમ ઇન્ફર્મેશન ટેક્નોલોજીનો વિકાસ અને ઉપયોગ આપણને "ક્વોન્ટમ યુગ"માં લાવશે અને ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા, વધુ સુરક્ષિત સંચાર પદ્ધતિઓ અને વધુ અનુકૂળ અને હરિયાળી જીવનશૈલીનો અહેસાસ કરાવશે.

ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ્સ વચ્ચેના સંચારની કાર્યક્ષમતા પ્રકાશ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવાની તેમની ક્ષમતા પર આધારિત છે. જો કે, ઓપ્ટિકલના ક્વોન્ટમ ગુણધર્મોનો સંપૂર્ણ લાભ લઈ શકે તેવી સામગ્રી શોધવી ખૂબ જ મુશ્કેલ છે.

તાજેતરમાં, પેરિસમાં ઇન્સ્ટિટ્યુટ ઑફ કેમિસ્ટ્રી અને કાર્લસ્રુહે ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑફ ટેક્નૉલૉજીની એક સંશોધન ટીમે મળીને ઓપ્ટિકલની ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ્સમાં એપ્લિકેશન માટે રેર અર્થ યુરોપિયમ આયન (Eu³+) પર આધારિત મોલેક્યુલર ક્રિસ્ટલની સંભવિતતા દર્શાવી હતી. તેઓએ જોયું કે આ Eu³ + મોલેક્યુલર ક્રિસ્ટલનું અતિ-સંકુચિત લાઇનવિડ્થ ઉત્સર્જન પ્રકાશ સાથે કાર્યક્ષમ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને સક્ષમ કરે છે અને તેમાં મહત્વપૂર્ણ મૂલ્ય ધરાવે છે.ક્વોન્ટમ કમ્યુનિકેશનઅને ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ.

આકૃતિ 1: દુર્લભ પૃથ્વી યુરોપીયમ મોલેક્યુલર સ્ફટિકો પર આધારિત ક્વોન્ટમ સંચાર

ક્વોન્ટમ સ્ટેટ્સ સુપરઇમ્પોઝ કરી શકાય છે, તેથી ક્વોન્ટમ માહિતી સુપરઇમ્પોઝ કરી શકાય છે. એક જ ક્યુબિટ વારાફરતી 0 અને 1 ની વચ્ચેના વિવિધ રાજ્યોનું પ્રતિનિધિત્વ કરી શકે છે, જે ડેટાને બેચમાં સમાંતર રીતે પ્રક્રિયા કરવાની મંજૂરી આપે છે. પરિણામે, પરંપરાગત ડિજિટલ કમ્પ્યુટર્સની તુલનામાં ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સની કમ્પ્યુટિંગ શક્તિ ઝડપથી વધશે. જો કે, કોમ્પ્યુટેશનલ ઓપરેશન્સ કરવા માટે, ક્યુબિટ્સની સુપરપોઝિશન ચોક્કસ સમયગાળા માટે સતત ચાલુ રહેવા માટે સક્ષમ હોવી જોઈએ. ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સમાં, સ્થિરતાના આ સમયગાળાને સુસંગત જીવનકાળ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. જટિલ પરમાણુઓના પરમાણુ સ્પિન લાંબા શુષ્ક જીવનકાળ સાથે સુપરપોઝિશન સ્ટેટ્સ પ્રાપ્ત કરી શકે છે કારણ કે પરમાણુ સ્પિન પર પર્યાવરણના પ્રભાવને અસરકારક રીતે સુરક્ષિત કરવામાં આવે છે.

દુર્લભ પૃથ્વી આયનો અને મોલેક્યુલર ક્રિસ્ટલ્સ એ બે પ્રણાલીઓ છે જેનો ઉપયોગ ક્વોન્ટમ ટેકનોલોજીમાં કરવામાં આવ્યો છે. દુર્લભ પૃથ્વી આયનોમાં ઉત્તમ ઓપ્ટિકલ અને સ્પિન ગુણધર્મો હોય છે, પરંતુ તેમાં એકીકૃત થવું મુશ્કેલ છેઓપ્ટિકલ ઉપકરણો. મોલેક્યુલર સ્ફટિકો એકીકૃત કરવા માટે સરળ છે, પરંતુ સ્પિન અને પ્રકાશ વચ્ચે વિશ્વસનીય જોડાણ સ્થાપિત કરવું મુશ્કેલ છે કારણ કે ઉત્સર્જન બેન્ડ ખૂબ પહોળા છે.

આ કાર્યમાં વિકસિત દુર્લભ પૃથ્વી પરમાણુ સ્ફટિકો બંનેના ફાયદાઓને સરસ રીતે જોડે છે, જેમાં લેસર ઉત્તેજના હેઠળ, Eu³ + ન્યુક્લિયર સ્પિન વિશે માહિતી વહન કરતા ફોટોનનું ઉત્સર્જન કરી શકે છે. ચોક્કસ લેસર પ્રયોગો દ્વારા, કાર્યક્ષમ ઓપ્ટિકલ/ન્યુક્લિયર સ્પિન ઈન્ટરફેસ જનરેટ કરી શકાય છે. આના આધારે, સંશોધકોએ ન્યુક્લિયર સ્પિન લેવલ એડ્રેસિંગ, ફોટોનનો સુસંગત સ્ટોરેજ અને પ્રથમ ક્વોન્ટમ ઑપરેશનના અમલને વધુ સમજ્યો.

કાર્યક્ષમ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ માટે, સામાન્ય રીતે બહુવિધ ફસાયેલા ક્યુબિટ્સ જરૂરી છે. સંશોધકોએ દર્શાવ્યું હતું કે ઉપરોક્ત પરમાણુ સ્ફટિકોમાં Eu³ + છૂટાછવાયા ઇલેક્ટ્રીક ફિલ્ડ કપલિંગ દ્વારા ક્વોન્ટમ એન્ટેંગલમેન્ટ પ્રાપ્ત કરી શકે છે, આમ ક્વોન્ટમ માહિતી પ્રક્રિયાને સક્ષમ કરે છે. કારણ કે મોલેક્યુલર સ્ફટિકોમાં બહુવિધ દુર્લભ પૃથ્વી આયનો હોય છે, પ્રમાણમાં ઊંચી ક્યુબિટ ઘનતા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.

ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ માટેની બીજી આવશ્યકતા એ વ્યક્તિગત ક્યુબિટ્સની એડ્રેસેબિલિટી છે. આ કાર્યમાં ઓપ્ટિકલ એડ્રેસીંગ ટેક્નિક વાંચવાની ઝડપને સુધારી શકે છે અને સર્કિટ સિગ્નલના દખલને અટકાવી શકે છે. અગાઉના અભ્યાસોની તુલનામાં, આ કાર્યમાં નોંધાયેલા Eu³ + મોલેક્યુલર ક્રિસ્ટલ્સની ઓપ્ટિકલ સુસંગતતા લગભગ હજાર ગણો સુધારેલ છે, જેથી ન્યુક્લિયર સ્પિન સ્ટેટ્સને ચોક્કસ રીતે ઓપ્ટિકલી હેરફેર કરી શકાય.

દૂરસ્થ ક્વોન્ટમ કોમ્યુનિકેશન માટે ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટરને જોડવા માટે ઓપ્ટિકલ સિગ્નલો લાંબા-અંતરના ક્વોન્ટમ માહિતી વિતરણ માટે પણ યોગ્ય છે. લ્યુમિનસ સિગ્નલને વધારવા માટે ફોટોનિક સ્ટ્રક્ચરમાં નવા Eu³ + મોલેક્યુલર સ્ફટિકોના એકીકરણ પર વધુ વિચારણા કરી શકાય છે. આ કાર્ય ક્વોન્ટમ ઈન્ટરનેટના આધાર તરીકે દુર્લભ પૃથ્વીના પરમાણુઓનો ઉપયોગ કરે છે અને ભવિષ્યના ક્વોન્ટમ કમ્યુનિકેશન આર્કિટેક્ચર તરફ એક મહત્વપૂર્ણ પગલું લે છે.