Исследователи из Чикагского университета, Калифорнийского университета в Беркли и национальных лабораторий Аргонн и Лоуренса добились важного шага к квантовому интернету. Они создали молекулярные кубиты, работающие на частотах телекоммуникаций, что позволяет напрямую связывать магнетизм и свет — два ключевых элемента квантовых технологий. Исследование опубликовано в журнале Science.
Кубиты — это квантовые аналоги обычных битов, способные одновременно находиться в нескольких состояниях, что делает их основой сверхскоростных вычислений и защищенной связи. Основная сложность заключалась в том, чтобы объединить магнетизм, используемый для хранения информации в кубитах, и свет, который обычно служит для передачи данных. Новые молекулы решают эту задачу, действуя как крошечный мост между этими мирами.
«Эти молекулы могут действовать как наноразмерный мост между миром магнетизма и миром оптики», — говорит Лия Вайс, научный сотрудник Чикагского университета.«Информацию можно закодировать в магнитном состоянии молекулы, а затем получить к ней доступ с помощью света на длинах волн, совместимых с существующими оптоволоконными сетями и кремниевыми фотонными схемами».
Эрбий и новые возможности
Кубиты основаны на эрбии — редкоземельном элементе с чистыми оптическими свойствами и сильными магнитными взаимодействиями. Это сочетание позволяет молекулам выполнять роль «строительных блоков», способных интегрироваться в современные оптические системы и одновременно поддерживать квантовые операции на основе спинов.
Работа на телеком-частотах дает молекулам потенциал для практического использования. Будущий квантовый интернет сможет обеспечивать сверхзащищенную связь, объединять квантовые компьютеры на расстоянии или использовать точные датчики для измерений в наномасштабе.
«Эти молекулы можно встраивать в необычные среды, включая биологические системы, для измерения магнитных полей, температуры или давления на наноуровне», — добавляют исследователи.
Грант Смит, аспирант Чикагского университета, подчеркивает, что новый подход расширяет возможности квантовых платформ.
«Многое указывало на то, что это перспективная платформа для использования оптических степеней свободы в молекулярных спиновых кубитах. Расширение набора доступных систем позволяет думать о новых способах их интеграции в технологии».
Тестирование показало, что молекулы совпадают с частотами, используемыми в кремниевой фотонике, что делает их совместимыми с существующими телекоммуникационными сетями.
«Демонстрируя универсальность этих эрбиевых молекулярных кубитов, мы делаем еще один шаг к масштабируемым квантовым сетям, которые могут напрямую подключаться к современной оптической инфраструктуре», — говорит Дэвид Авшалом, профессор молекулярной инженерии Чикагского университета.
Путь к квантовому интернету
Молекулы уже показывают свойства, необходимые для многокубитных архитектур, что открывает путь для гибридных квантовых систем и сенсорных приложений. Химическая синтетика позволяет оптимизировать электронные и оптические характеристики редкоземельных ионов так, как это сложно реализовать на твердотельных платформах.
«Наша работа показывает, что синтетическая химия может быть использована для создания и управления квантовыми материалами на молекулярном уровне», — отмечает профессор химии Джеффри Лонг из Беркли.
Эти молекулярные кубиты объединяют магнетизм и свет, что позволяет подключать квантовые технологии к уже существующим сетям и закладывает основу для будущего квантового интернета, точных датчиков и мощных вычислительных систем.
Открыт новый способ управления энергией с помощью света и атомов
Создана система квантовой телепортации, совместимая с современной сетью
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram
