La luz se encuentra con los circuitos superconductores
Excelente la tecnología Empresas como Google, Microsoft e IBM han estado invirtiendo fuertemente en sistemas de computación cuántica basados en superconductores de microondas. circuito plataformas y he estado buscando escalarlas para desarrollar plataformas informáticas comerciales.
Una computadora cuántica exitosa requiere una cantidad significativa de qubits, los componentes básicos de las computadoras cuánticas, para que pueda almacenar y manipular información cuántica.
Sin embargo, qLas señales cuánticas pueden estar contaminadas por el ruido térmico generado por el movimiento de los electrones y, para evitarlo, los sistemas cuánticos superconductores deben operar a temperaturas ultrabajas, menos de 20 mili-Kelvin, lo que se logra utilizando refrigeradores criogénicos de dilución de helio. .
Las señales de microondas de salida de tales sistemas se amplifican mediante transistores de alta movilidad de electrones (HEMT) de bajo ruido a bajas temperaturas. Luego, las señales se enrutan fuera del refrigerador mediante cables coaxiales de microondas, que son las soluciones más fáciles de controlar y leer los dispositivos superconductores, pero son malos aislantes de calor y ocupan mucho espacio. Esto se convierte en un problema crítico cuando las empresas buscan aumentar los qubits por miles para desarrollar plataformas comerciales.
En respuesta, los investigadores de la Facultad de Ciencias Básicas de la EPFL han desarrollado un enfoque novedoso que utiliza la luz para leer circuitos superconductores, superando los desafíos de escala de los sistemas cuánticos.
Los científicos reemplazaron los amplificadores HEMT y los cables coaxiales con un modulador de fase electroóptico de niobato de litio y fibras ópticas, respectivamente. Las señales de microondas de los circuitos superconductores modulan un portador de láser y codifican información sobre la luz de salida a temperaturas criogénicas. Las fibras ópticas son aproximadamente 100 veces mejores aislantes de calor que los cables coaxiales y son 100 veces más compactas. Esto permite la ingeniería de sistemas cuánticos a gran escala sin requerir una enorme potencia de enfriamiento criogénico. Además, la conversión directa de señales de microondas al dominio óptico facilita la transferencia de largo alcance y la conexión en red entre sistemas cuánticos.
"Hemos demostrado un experimento de prueba de principio utilizando un protocolo de lectura óptica novedoso para medir ópticamente un dispositivo superconductor a temperaturas criogénicas", dijo Amir Youssefi, un estudiante de doctorado que trabaja en el proyecto. "Abre una nueva vía para escalar futuros sistemas cuánticos".
Para verificar este enfoque, el equipo realizó mediciones espectroscópicas coherentes e incoherentes convencionales en un circuito electromecánico superconductor, que mostró una concordancia perfecta entre las mediciones HEMT ópticas y tradicionales.
Aunque este proyecto utilizó un modulador de fase electroóptico comercial, los investigadores actualmente están desarrollando dispositivos electroópticos avanzados basados en tecnología integrada de niobato de litio para mejorar significativamente la eficiencia de conversión de su método y reducir el ruido.
Los resultados de este trabajo se publicaron por primera vez en Electrónica de la naturaleza.