Основата на квантовия интернет? Учени създадоха наномост между светлината и магнетизма

Учени от Чикагския университет, Калифорнийския университет в Бъркли, Националната лаборатория Аргон и Лабораторията „Лорънс“ в Бъркли съобщиха за създаването на молекулярни кюбити, които работят на телекомуникационни честоти и могат да осигурят нова архитектура за мащабируеми квантови технологии. Разработката е насочена към интегриране със съществуващата оптична инфраструктура.

Такива кюбити откриват перспективата за квантови мрежи или така наречения „квантов интернет“. Такива системи ще направят възможно организирането на свръхсигурни комуникационни канали, обединяването на квантови компютри на големи разстояния и разпространението на сензори с висока точност.

Благодарение на компактния си размер и химическата си гъвкавост молекулите могат да се поставят в необичайни среди, включително биологични тъкани, за да откриват магнитни полета, температура или налягане в наномащаб. Допълнително предимство е, че новите решения са съвместими със силициевата фотоника и могат да бъдат интегрирани в чипове, формирайки основа за компактни устройства.

За ключов елемент на кюбитите е избран ербий – редкоземен метал, известен със способността си да излъчва и поглъща светлина с висока спектрална чистота, като същевременно активно взаимодейства с магнитни полета. „Тези молекули създават наномост между магнетизма и оптиката“, обяснява Лия Вайс, постдокторант в Училището по молекулярно инженерство към Чикагския университет. – „Информацията може да се кодира в магнитно състояние и да се извлича със светлина с дължина на вълната, използвана от оптичните мрежи и фотонните схеми.

Връзката между светлината и магнетизма на квантово ниво е сложна: светлината дава възможност за пренос на информация, докато магнетизмът е свързан със спина – фундаментална характеристика, която е в основата на сензорите и редица квантови компютри. Изследването съчетава постиженията в областта на квантовата оптика, която се занимава със светлинните явления и мрежите, и синтетичната химия, която е създала например контрастни вещества за магнитно-резонансното сканиране.

Екипът потвърди, че кюбитите на основата на ербий действително функционират на честоти, използвани в силициевата фотоника за телекомуникации, суперкомпютри и модерни сензори.

„Демонстрирайки гъвкавостта на тези молекулярни кюбити, ние направихме крачка към мащабируеми квантови мрежи, които могат да се свързват към съществуващата оптична инфраструктура. Освен това показахме, че тези кюбити на атомно ниво са подходящи за многокюбитни архитектури и могат да се използват в сензори и хибридни органично-неорганични системи.“

казва Дейвид Авшалом, професор в Чикагския университет и ръководител на проекта