La lumière rencontre les circuits supraconducteurs
piste sans souci des entreprises telles que Google, Microsoft et IBM ont investi massivement dans des systèmes informatiques quantiques basés sur la supraconductivité micro-ondes. circuit plates-formes et ont cherché à les mettre à l'échelle afin de développer des plates-formes informatiques commerciales.
Un ordinateur quantique réussi nécessite un nombre important de qubits, les éléments constitutifs des ordinateurs quantiques, afin de pouvoir stocker et manipuler des informations quantiques.
Cependant, qLes signaux uantum peuvent être contaminés par le bruit thermique généré par le mouvement des électrons et, pour éviter cela, les systèmes quantiques supraconducteurs doivent fonctionner à des températures ultra-basses - moins de 20 milli-Kelvin - ce qui est obtenu à l'aide de réfrigérateurs cryogéniques à dilution d'hélium .
Les signaux hyperfréquence de sortie de ces systèmes sont amplifiés par des transistors à faible bruit et à mobilité électronique élevée (HEMT) à basses températures. Les signaux sont ensuite acheminés à l'extérieur du réfrigérateur par des câbles coaxiaux micro-ondes, qui sont les solutions les plus faciles pour contrôler et lire les dispositifs supraconducteurs, mais qui sont de mauvais isolants thermiques et prennent beaucoup de place. Cela devient un problème critique lorsque les entreprises cherchent à augmenter les qubits par milliers afin de développer des plates-formes commerciales.
En réponse, des chercheurs de l'École des sciences fondamentales de l'EPFL ont développé une nouvelle approche qui utilise la lumière pour lire les circuits supraconducteurs, surmontant ainsi les défis de mise à l'échelle des systèmes quantiques.
Les scientifiques ont remplacé les amplificateurs HEMT et les câbles coaxiaux par un modulateur de phase électro-optique au niobate de lithium et des fibres optiques respectivement. Les signaux hyperfréquences des circuits supraconducteurs modulent un porteur laser et codent des informations sur la lumière de sortie à des températures cryogéniques. Les fibres optiques sont environ 100 fois meilleurs isolants thermiques que les câbles coaxiaux et sont 100 fois plus compactes. Cela permet l'ingénierie de systèmes quantiques à grande échelle sans nécessiter une énorme puissance de refroidissement cryogénique. De plus, la conversion directe des signaux micro-ondes vers le domaine optique facilite le transfert à longue portée et la mise en réseau entre les systèmes quantiques.
«Nous avons démontré une expérience de preuve de principe utilisant un nouveau protocole de lecture optique pour mesurer optiquement un dispositif supraconducteur à des températures cryogéniques», a déclaré Amir Youssefi, un doctorant travaillant sur le projet. «Cela ouvre une nouvelle voie pour faire évoluer les futurs systèmes quantiques.»
Pour vérifier cette approche, l'équipe a effectué des mesures spectroscopiques conventionnelles cohérentes et incohérentes sur un circuit électromécanique supraconducteur, qui ont montré un accord parfait entre les mesures optiques et traditionnelles HEMT.
Bien que ce projet ait utilisé un modulateur de phase électro-optique commercial, les chercheurs développent actuellement des dispositifs électro-optiques avancés basés sur la technologie intégrée du niobate de lithium pour améliorer considérablement l'efficacité de conversion de leur méthode et réduire le bruit.
Les résultats de ces travaux ont été publiés pour la première fois dans Electronique Nature.