يلتقي الضوء مع الدوائر فائقة التوصيل

قيادة التكنلوجيا تستثمر شركات مثل جوجل، ومايكروسوفت، وآي بي إم بكثافة في أنظمة الحوسبة الكمومية القائمة على التوصيل الفائق بالموجات الدقيقة. الدارة الكهربائية المنصات وتسعى إلى توسيع نطاقها من أجل تطوير منصات الحوسبة التجارية.

يتطلب الكمبيوتر الكمي الناجح عددًا كبيرًا من الكيوبتات ، وهي اللبنات الأساسية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية ، بحيث يمكنه تخزين المعلومات الكمومية ومعالجتها.

ومع ذلك ، فيمكن أن تتلوث إشارات uantum بالضوضاء الحرارية الناتجة عن حركة الإلكترونات ، ومن أجل منع ذلك ، يجب أن تعمل الأنظمة الكمومية فائقة التوصيل في درجات حرارة منخفضة للغاية - أقل من 20 ملي كلفن - والتي يتم تحقيقها باستخدام ثلاجات تخفيف الهيليوم المبردة .

يتم تضخيم إشارات الميكروويف الناتجة من هذه الأنظمة عن طريق الترانزستورات منخفضة الضوضاء عالية الحركة الإلكترونية (HEMTs) في درجات حرارة منخفضة. ثم يتم توجيه الإشارات خارج الثلاجة بواسطة الكابلات المحورية للميكروويف ، والتي تعد أسهل الحلول للتحكم في الأجهزة فائقة التوصيل وقراءتها ، ولكنها عوازل حرارية ضعيفة ، وتشغل مساحة كبيرة. تصبح هذه مشكلة حرجة عندما تتطلع الشركات إلى زيادة عدد البتات بالآلاف من أجل تطوير منصات تجارية.

رداً على ذلك ، طور باحثون في كلية العلوم الأساسية بجامعة لوزان الاتحادية ، نهجًا جديدًا يستخدم الضوء لقراءة الدوائر فائقة التوصيل ، والتغلب على تحديات التوسع في الأنظمة الكمومية.

استبدل العلماء مضخمات HEMT والكابلات المحورية بمعدِّل الطور الكهروضوئي من الليثيوم نيوبات والألياف الضوئية على التوالي. تعدل إشارات الميكروويف من الدوائر فائقة التوصيل حامل الليزر وترميز المعلومات على ضوء الخرج عند درجات الحرارة شديدة البرودة. تعتبر الألياف الضوئية عوازل حرارية أفضل بحوالي 100 مرة من الكابلات المحورية وهي أكثر إحكاما 100 مرة. يتيح ذلك هندسة الأنظمة الكمية على نطاق واسع دون الحاجة إلى طاقة تبريد مبردة هائلة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن التحويل المباشر لإشارات الميكروويف إلى المجال البصري يسهل النقل بعيد المدى والشبكات بين أنظمة الكم.

قال أمير اليوسفي ، طالب دكتوراه يعمل في المشروع: "لقد أظهرنا تجربة إثبات المبدأ باستخدام بروتوكول قراءة بصرية جديد لقياس بصريًا لجهاز فائق التوصيل في درجات حرارة شديدة البرودة". "إنه يفتح طريقًا جديدًا لتوسيع نطاق أنظمة الكم المستقبلية."

للتحقق من هذا النهج ، أجرى الفريق قياسات طيفية تقليدية متماسكة وغير متماسكة على دائرة كهروميكانيكية فائقة التوصيل ، والتي أظهرت توافقًا تامًا بين قياسات HEMT البصرية والتقليدية.

على الرغم من أن هذا المشروع استخدم مُعدِّل طور كهربائي بصري تجاري ، إلا أن الباحثين يطورون حاليًا أجهزة كهروضوئية متقدمة تعتمد على تقنية ليثيوم نيوبات متكاملة لتحسين كفاءة تحويل طريقتهم بشكل كبير وتقليل الضوضاء.

تم نشر نتائج هذا العمل لأول مرة في إلكترونيات الطبيعة.