Эрбиевые молекулы создают квантовые кубиты прямо для сетей на оптоволокне

Молекулярные кубиты эрбия обеспечивают точные оптические и спиновые переходы для квантового управления. Эти кубиты позволяют получать доступ к спиновым состояниям с помощью света, совместимого с телекоммуникациями. Спин-фотонные интерфейсы высокого разрешения могут способствовать разработке масштабируемых квантовых сетей

Ученые создали молекулярный кубит на основе эрбия, который позволяет интегрировать квантовые системы с существующими оптоволоконными сетями. Эти кубиты сочетают в себе точные оптические и спиновые переходы и позволяют работать на стандартных телекоммуникационных длинах волн.

Он позволяет контролировать и считывать магнитные квантовые состояния с помощью света, который совместим со стандартной волоконно-оптической инфраструктурой. Спин-фотонные интерфейсы высокого разрешения.

Эта возможность могла бы поддерживать масштабируемые квантовые сети без необходимости использовать совершенно новое коммуникационное оборудование. Разработкой руководили ученые Чикагского университета в сотрудничестве с Калифорнийским университетом в Беркли, Аргоннской национальной лабораторией и Национальной лабораторией имени Лоуренса в Беркли.

Их работа получила поддержку Управления науки Министерства энергетики и Национального центра исследований квантовой информатики Q-NEXT. Группа ученых разработала молекулы органоэрбия. Они сочетают сильные магнитные взаимодействия с оптическими переходами в телекоммуникационных диапазонах и создают управляемую и настраиваемую квантовую систему.

Молекулярные кубиты обеспечивают спин-фотонный интерфейс в наномасштабе.

«Эти молекулы могут действовать как наноразмерный мост между миром магнетизма и миром оптики», — отметила Лия Вайс, научный сотрудник Школы молекулярной инженерии Притцкера при Чикагском университете и соавтор первой статьи.

Оптическая спектроскопия и микроволновые технологии позволяют исследовать квантовые состояния с точностью до мегагерца. Такое двойное управление позволяет устанавливать связи между квантовыми процессорами или датчиками на основе спина и фотонными системами. Эти особенности формируют потенциальные строительные блоки для интегрированных квантовых устройств и сетей связи.

Поскольку оптические переходы кубитов попадают в телекоммуникационные диапазоны, их можно интегрировать с кремниевыми фотонными платформами.

Такая совместимость позволяет проводить эксперименты на уровне рабочей станции для разработки, а также развертывать масштабные системы в центрах обработки данных для более широких сетевых приложений. Конструкция кубитов может ускорить создание гибридных систем. Они объединяют оптическое, микроволновое и квантовое управление на одном кристалле.

Эти системы также открывают возможности для сенсорики, квантовой связи и интегрированных квантовых платформ. Молекулярные кубиты эрбия можно включить в системы, которые способны передавать, запутывать и распределять квантовые состояния по коммерческому волокну.

Такой подход позволяет квантовым сетям напрямую подключаться к существующей оптической инфраструктуре. При этом они остаются совместимыми с классическими сетями.

«Мы демонстрируем универсальность этих эрбиевых молекулярных кубитов и делаем еще один шаг к масштабируемым квантовым сетям, которые могут напрямую подключаться к современной оптической инфраструктуре», — заявил Дэвид Авшалом, профессор молекулярной инженерии и физики в Чикагском университете и главный исследователь.

Результаты показывают техническую осуществимость, однако практическое развертывание все еще требует оценки в реальных сетевых условиях.

Остаются проблемы интеграции этих кубитов с контроллерами на базе ЦП, управления реализацией крупномасштабных центров обработки данных и обеспечения стабильной производительности. Тем не менее эта работа приближает область квантовых сетей, хотя для ее широкого внедрения все еще необходимы обширные испытания.

Обзор Motorola Moto G06: базовые функции по скромной цене