Egyedülálló qubit: mágnesesség és fény együtt
A most kifejlesztett molekuláris qubit lelke a ritkaföldfémek közé tartozó erbium. Ez a fém egyszerre rendelkezik optikai és mágneses tulajdonságokkal, így képes a kvantuminformációt továbbítani az optikai szálaknál használt 1,55 mikronos hullámhosszon. Nem kizárt, hogy az ilyen qubitek közvetlenül integrálhatók szilíciumalapú chipekbe is – ez a jövőben miniatűr, könnyen méretezhető kvantumeszközök előtt nyithat utat.
A molekuláris qubit különlegessége, hogy két világot köt össze: miközben mágneses módon képes tárolni az adatokat, a kiolvasás optikai jelekkel történik. Ez azt jelenti, hogy az információt egyetlen molekula mágneses állapota hordozza, majd fény segítségével lehet kiolvasni – pontosan azon a hullámhosszon, amelyet az optikai szálhálózatok és a szilíciumalapú fotonikus áramkörök is használnak.
Kvantumállapotok és szuperpozíció a gyakorlatban
A kvantumtechnológiák alapját jelentő qubit abban különbözik a hagyományos bitektől, hogy egyszerre több állapotban is létezhet (ez a szuperpozíció jelensége). Az erbiumos megoldásnál az elektron spinje képviseli a 0 és 1 állapotokat, illetve azok szuperpozícióját. Ha a spinállapotot sikerül szabályozottan szuperpozícióba hozni, a kvantumadatok továbbítása is lehetségessé válik.
Fontos megjegyezni, hogy ebben a kísérletben jól mérhetővé vált az erbiumatom kvantumállapota, mert a kibocsátott fény hullámhosszát a spin szabja meg – ennek detektálására már most is bevált eszközök állnak rendelkezésre.
Miért optimális az erbium?
Az optikai szálaknál alkalmazott hullámhossz két döntő előnyt biztosít: egyrészt minimális a jelveszteség még nagyobb távolságoknál is, másrészt a fény könnyedén áthalad a szilíciumon anélkül, hogy elnyelődne. Ez nélkülözhetetlen ahhoz, hogy a kvantuminformáció chipeken belül is továbbítható legyen, vagy akár más eszközökbe is eljuthasson.
Ráadásul minden egyes ilyen qubit egyetlen molekulából épül fel, amely körülbelül százezerszer kisebb az emberi hajszál átmérőjénél. Állítható szerkezetüknek köszönhetően ugyanolyan jól beépíthetők szilárdtest-eszközökbe, sőt akár élő sejtekbe is.
Közvetlen út az integrációhoz
Nem kizárt, hogy ezek a molekuláris qubitek jelentik a kulcsot a kvantuminternet kiépítéséhez, hiszen most először válik lehetővé a meglévő optikai infrastruktúra kvantumeszközökkel való összekapcsolása. A következő lépés az, hogy ezeket a kvantumbiteket közvetlenül chipalapú eszközökbe integrálják – ezzel teljesen új fejezet nyílhat a kvantumadatok felhasználásában és védelmében.
