کوانٹم کمیونیکیشن: مالیکیولز، نایاب زمین اور آپٹیکل

کوانٹم انفارمیشن ٹیکنالوجی کوانٹم میکانکس پر مبنی ایک نئی انفارمیشن ٹیکنالوجی ہے، جو کہ میں موجود جسمانی معلومات کو انکوڈ، کمپیوٹ اور منتقل کرتی ہے۔کوانٹم نظام. کوانٹم انفارمیشن ٹیکنالوجی کی ترقی اور اطلاق ہمیں "کوانٹم ایج" میں لے آئے گا، اور اعلیٰ کام کی کارکردگی، زیادہ محفوظ مواصلاتی طریقوں اور زیادہ آسان اور سبز طرز زندگی کا احساس کرے گا۔

کوانٹم سسٹمز کے درمیان مواصلات کی کارکردگی روشنی کے ساتھ تعامل کرنے کی ان کی صلاحیت پر منحصر ہے۔ تاہم، ایسا مواد تلاش کرنا بہت مشکل ہے جو آپٹیکل کی کوانٹم خصوصیات سے بھرپور فائدہ اٹھا سکے۔

حال ہی میں، پیرس میں انسٹی ٹیوٹ آف کیمسٹری اور کارلسروہی انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی کی ایک تحقیقی ٹیم نے مل کر آپٹیکل کے کوانٹم سسٹمز میں ایپلی کیشنز کے لیے نادر ارتھ یوروپیم آئنوں (Eu³+) پر مبنی مالیکیولر کرسٹل کی صلاحیت کا مظاہرہ کیا۔ انہوں نے پایا کہ اس Eu³ + مالیکیولر کرسٹل کا انتہائی تنگ لکیر کی چوڑائی کا اخراج روشنی کے ساتھ موثر تعامل کو قابل بناتا ہے اور اس میں اہم قدر ہے۔کوانٹم مواصلاتاور کوانٹم کمپیوٹنگ۔

شکل 1: نایاب ارتھ یوروپیم مالیکیولر کرسٹل پر مبنی کوانٹم کمیونیکیشن

کوانٹم ریاستوں کو سپرمپوز کیا جاسکتا ہے، لہذا کوانٹم معلومات کو سپرمپوز کیا جاسکتا ہے۔ ایک واحد کوئبٹ بیک وقت 0 اور 1 کے درمیان مختلف ریاستوں کی نمائندگی کر سکتا ہے، جس سے ڈیٹا کو بیچوں میں متوازی طور پر پروسیس کیا جا سکتا ہے۔ نتیجے کے طور پر، کوانٹم کمپیوٹرز کی کمپیوٹنگ طاقت روایتی ڈیجیٹل کمپیوٹرز کے مقابلے میں تیزی سے بڑھے گی۔ تاہم، کمپیوٹیشنل آپریشنز کو انجام دینے کے لیے، qubits کی سپرپوزیشن کو ایک مدت تک مستقل طور پر برقرار رہنے کے قابل ہونا چاہیے۔ کوانٹم میکانکس میں، استحکام کے اس دور کو ہم آہنگی زندگی کے طور پر جانا جاتا ہے۔ پیچیدہ مالیکیولز کے جوہری گھماؤ طویل خشک زندگی کے ساتھ سپرپوزیشن اسٹیٹس حاصل کرسکتے ہیں کیونکہ جوہری گھماؤ پر ماحول کے اثر و رسوخ کو مؤثر طریقے سے محفوظ کیا جاتا ہے۔

نایاب زمین کے آئن اور مالیکیولر کرسٹل دو ایسے نظام ہیں جو کوانٹم ٹیکنالوجی میں استعمال ہوتے رہے ہیں۔ نایاب زمین کے آئنوں میں بہترین آپٹیکل اور اسپن خصوصیات ہیں، لیکن ان میں ضم ہونا مشکل ہے۔آپٹیکل آلات. مالیکیولر کرسٹل کو ضم کرنا آسان ہے، لیکن اسپن اور روشنی کے درمیان قابل اعتماد کنکشن قائم کرنا مشکل ہے کیونکہ اخراج بینڈ بہت وسیع ہیں۔

اس کام میں تیار کیے گئے نایاب ارتھ مالیکیولر کرسٹل دونوں کے فوائد کو صاف طور پر یکجا کرتے ہیں، لیزر ایکسائٹیشن کے تحت، Eu³+ نیوکلیئر اسپن کے بارے میں معلومات لے جانے والے فوٹون کا اخراج کر سکتے ہیں۔ مخصوص لیزر تجربات کے ذریعے، ایک موثر آپٹیکل/نیوکلیئر اسپن انٹرفیس تیار کیا جا سکتا ہے۔ اس بنیاد پر، محققین نے نیوکلیئر اسپن لیول ایڈریسنگ، فوٹان کے مربوط اسٹوریج، اور پہلے کوانٹم آپریشن کے عمل کو مزید محسوس کیا۔

موثر کوانٹم کمپیوٹنگ کے لیے، عام طور پر متعدد الجھے ہوئے کیوبٹس کی ضرورت ہوتی ہے۔ محققین نے یہ ظاہر کیا کہ Eu³ + مندرجہ بالا مالیکیولر کرسٹل میں آوارہ برقی فیلڈ کپلنگ کے ذریعے کوانٹم الجھن حاصل کر سکتا ہے، اس طرح کوانٹم انفارمیشن پروسیسنگ کو قابل بناتا ہے۔ چونکہ مالیکیولر کرسٹل میں متعدد نادر زمینی آئنوں ہوتے ہیں، اس لیے نسبتاً زیادہ کیوبٹ کثافت حاصل کی جا سکتی ہے۔

کوانٹم کمپیوٹنگ کے لیے ایک اور ضرورت انفرادی کیوبٹس کی ایڈریس ایبلٹی ہے۔ اس کام میں آپٹیکل ایڈریسنگ تکنیک پڑھنے کی رفتار کو بہتر بنا سکتی ہے اور سرکٹ سگنل کی مداخلت کو روک سکتی ہے۔ پچھلے مطالعات کے مقابلے میں، اس کام میں Eu³ + مالیکیولر کرسٹل کی آپٹیکل ہم آہنگی کو تقریباً ایک ہزار گنا بہتر کیا گیا ہے، تاکہ نیوکلیئر سپن سٹیٹس کو آپٹیکل طور پر ایک مخصوص طریقے سے ہیرا پھیری کی جا سکے۔

آپٹیکل سگنلز ریموٹ کوانٹم کمیونیکیشن کے لیے کوانٹم کمپیوٹرز کو جوڑنے کے لیے لمبی دوری کی کوانٹم معلومات کی تقسیم کے لیے بھی موزوں ہیں۔ برائٹ سگنل کو بڑھانے کے لیے فوٹوونک ڈھانچے میں نئے Eu³ + مالیکیولر کرسٹل کے انضمام پر مزید غور کیا جا سکتا ہے۔ یہ کام کوانٹم انٹرنیٹ کی بنیاد کے طور پر زمین کے نادر مالیکیولز کا استعمال کرتا ہے، اور مستقبل کے کوانٹم کمیونیکیشن آرکیٹیکچرز کی جانب ایک اہم قدم اٹھاتا ہے۔