ક્વોન્ટમ કમ્યુનિકેશન: પરમાણુઓ, દુર્લભ પૃથ્વી અને ઓપ્ટિકલ

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

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

તાજેતરમાં, પેરિસમાં રસાયણશાસ્ત્ર સંસ્થા અને કાર્લસ્રુહ સંસ્થાની એક સંશોધન ટીમે સાથે મળીને ઓપ્ટિકલના ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ્સમાં એપ્લિકેશન માટે દુર્લભ પૃથ્વી યુરોપિયમ આયનો (Eu³ +) પર આધારિત મોલેક્યુલર સ્ફટિકની સંભાવના દર્શાવી. તેઓએ શોધી કાઢ્યું કે આ Eu³ + મોલેક્યુલર સ્ફટિકનું અતિ-સંકુચિત લાઇનવિડ્થ ઉત્સર્જન પ્રકાશ સાથે કાર્યક્ષમ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને સક્ષમ બનાવે છે અને તેનું મહત્વપૂર્ણ મૂલ્ય છે.ક્વોન્ટમ કમ્યુનિકેશનઅને ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ.

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

ક્વોન્ટમ અવસ્થાઓ સુપરઇમ્પોઝ કરી શકાય છે, તેથી ક્વોન્ટમ માહિતી સુપરઇમ્પોઝ કરી શકાય છે. એક જ ક્યુબિટ એકસાથે 0 અને 1 વચ્ચેની વિવિધ અવસ્થાઓનું પ્રતિનિધિત્વ કરી શકે છે, જેનાથી ડેટાને બેચમાં સમાંતર રીતે પ્રક્રિયા કરી શકાય છે. પરિણામે, પરંપરાગત ડિજિટલ કમ્પ્યુટર્સની તુલનામાં ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સની કમ્પ્યુટિંગ શક્તિમાં ઘાતાંકીય વધારો થશે. જો કે, કમ્પ્યુટેશનલ કામગીરી કરવા માટે, ક્વિટ્સનું સુપરપોઝિશન ચોક્કસ સમયગાળા માટે સ્થિર રીતે ટકી રહેવા સક્ષમ હોવું જોઈએ. ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સમાં, સ્થિરતાના આ સમયગાળાને સુસંગત જીવનકાળ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. જટિલ અણુઓના પરમાણુ સ્પિન લાંબા શુષ્ક જીવનકાળ સાથે સુપરપોઝિશન અવસ્થાઓ પ્રાપ્ત કરી શકે છે કારણ કે પરમાણુ સ્પિન પર પર્યાવરણનો પ્રભાવ અસરકારક રીતે સુરક્ષિત છે.

રેર અર્થ આયનો અને મોલેક્યુલર સ્ફટિકો એ બે સિસ્ટમો છે જેનો ઉપયોગ ક્વોન્ટમ ટેકનોલોજીમાં કરવામાં આવ્યો છે. રેર અર્થ આયનોમાં ઉત્તમ ઓપ્ટિકલ અને સ્પિન ગુણધર્મો હોય છે, પરંતુ તેમને એકીકૃત કરવા મુશ્કેલ છે.ઓપ્ટિકલ ઉપકરણો. મોલેક્યુલર સ્ફટિકોને એકીકૃત કરવા સરળ છે, પરંતુ સ્પિન અને પ્રકાશ વચ્ચે વિશ્વસનીય જોડાણ સ્થાપિત કરવું મુશ્કેલ છે કારણ કે ઉત્સર્જન બેન્ડ ખૂબ પહોળા છે.

આ કાર્યમાં વિકસાવવામાં આવેલા દુર્લભ પૃથ્વીના 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, એક કાર્યક્ષમ ઓપ્ટિકલ/ન્યુક્લિયર સ્પિન ઇન્ટરફેસ ઉત્પન્ન કરી શકાય છે. આ આધારે, સંશોધકોએ ન્યુક્લિયર સ્પિન સ્તરને સંબોધિત કરવા, ફોટોનનો સુસંગત સંગ્રહ અને પ્રથમ ક્વોન્ટમ ઓપરેશનના અમલીકરણને વધુ સાકાર કર્યું.

કાર્યક્ષમ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ માટે, સામાન્ય રીતે બહુવિધ ફસાયેલા ક્વિટ્સની જરૂર પડે છે. સંશોધકોએ દર્શાવ્યું કે ઉપરોક્ત મોલેક્યુલર સ્ફટિકોમાં Eu³ + સ્ટ્રે ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ કપ્લિંગ દ્વારા ક્વોન્ટમ ફસાયેલા પ્રાપ્ત કરી શકે છે, આમ ક્વોન્ટમ માહિતી પ્રક્રિયાને સક્ષમ બનાવે છે. કારણ કે મોલેક્યુલર સ્ફટિકોમાં બહુવિધ દુર્લભ પૃથ્વી આયનો હોય છે, પ્રમાણમાં ઊંચી ક્વિબિટ ઘનતા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.

ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ માટે બીજી આવશ્યકતા વ્યક્તિગત ક્વિટ્સની એડ્રેસેબિલિટી છે. આ કાર્યમાં ઓપ્ટિકલ એડ્રેસિંગ ટેકનિક વાંચનની ગતિમાં સુધારો કરી શકે છે અને સર્કિટ સિગ્નલના દખલને અટકાવી શકે છે. અગાઉના અભ્યાસોની તુલનામાં, આ કાર્યમાં નોંધાયેલા Eu³ + મોલેક્યુલર સ્ફટિકોની ઓપ્ટિકલ સુસંગતતા લગભગ એક હજાર ગણી સુધરેલી છે, જેથી ન્યુક્લિયર સ્પિન સ્ટેટ્સને ચોક્કસ રીતે ઓપ્ટિકલી મેનિપ્યુલેટ કરી શકાય.

દૂરસ્થ ક્વોન્ટમ કમ્યુનિકેશન માટે ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સને જોડવા માટે લાંબા-અંતરના ક્વોન્ટમ માહિતી વિતરણ માટે પણ ઓપ્ટિકલ સિગ્નલો યોગ્ય છે. તેજસ્વી સિગ્નલને વધારવા માટે ફોટોનિક માળખામાં નવા Eu³ + મોલેક્યુલર સ્ફટિકોના એકીકરણ પર વધુ વિચારણા કરી શકાય છે. આ કાર્ય ક્વોન્ટમ ઇન્ટરનેટ માટે આધાર તરીકે દુર્લભ પૃથ્વીના અણુઓનો ઉપયોગ કરે છે, અને ભવિષ્યના ક્વોન્ટમ કમ્યુનિકેશન આર્કિટેક્ચર તરફ એક મહત્વપૂર્ણ પગલું ભરે છે.