铕与光：量子计算机与通讯的创新平台

图示使用铕分子晶体的量子计算机。图片来源：Christian Grupe

与光相互作用的能力为量子系统提供了重要的功能，例如远距离通信，这是未来量子计算机的关键能力。然而，很难找到一种能充分利用光的量子特性的材料。来自CNRS和l'Universitéde Strasbourg的一个研究小组，在Chimie ParisTech PSL的支持下，与来自KIT的德国团队合作，展示了一种基于稀土的新材料作为光子量子系统的潜力。研究结果于2022年3月9日公布自然，展示了铕分子晶体在量子存储器和计算机方面的潜力。

虽然量子技术有望在未来掀起一场革命，但它们仍然很复杂。例如，量子系统特别是通过光纤与光相互作用来创造信息和通信的处理功能，这种技术仍然很少见。理想情况下，这样的平台必须包括一个与光的接口以及信息存储单元，也就是说存储器。信息处理也必须能够在这些单位内进行，这些单位采取自旋的形式。开发能够在量子水平上连接自旋和光的材料已经证明是特别困难的。

来自CNRS和l'Universitéde Strasbourg的科学家团队在Chimie ParisTech PSL的支持下，与来自KIT的德国团队合作，成功地证明了铕分子晶体在量子通信和处理器方面的价值，由于其超窄的光学跃迁，使得与光的最佳交互作用成为可能。

这两种量子技术已经被应用于两种稀土离子系统中铕)，以及分子系统。稀土晶体以其优异的光学和自旋特性而闻名，但其在光子器件中的集成非常复杂。分子系统通常缺少自旋（一种存储或计算单元），或者恰恰相反，存在的光线路太宽，无法在自旋和光之间建立可靠的联系。

铕分子晶体代表了一个重大的进步，因为它们具有超窄的线宽。这转化为长寿命量子态，用来证明光脉冲在这些分子晶体中的储存。此外，还获得了光控制的量子计算机的第一个组成部分。这种新材料量子技术量子体系结构为计算机提供了一种前所未有的新的功能和特性。

由于可以合成许多分子化合物，这些结果也为研究开辟了广阔的前景。