Cahaya memenuhi sirkuit superkonduktor

Terkemuka teknologi perusahaan seperti Google, Microsoft, dan IBM, telah banyak berinvestasi dalam sistem komputasi kuantum berdasarkan superkonduktor gelombang mikro sirkit platform dan telah mencari untuk menskalakannya untuk mengembangkan platform komputasi komersial.

Komputer kuantum yang sukses membutuhkan sejumlah besar qubit, bahan penyusun komputer kuantum, sehingga dapat menyimpan dan memanipulasi informasi kuantum.

Namun demikian, qSinyal uantum dapat terkontaminasi oleh gangguan termal yang dihasilkan oleh pergerakan elektron dan, untuk mencegahnya, sistem kuantum superkonduktor perlu beroperasi pada suhu sangat rendah - kurang dari 20 mili-Kelvin - yang dicapai dengan menggunakan lemari es pengenceran helium kriogenik .

Sinyal gelombang mikro keluaran dari sistem semacam itu diperkuat oleh transistor mobilitas elektron tinggi (HEMT) dengan noise rendah pada suhu rendah. Sinyal kemudian dialihkan ke luar lemari es dengan kabel koaksial gelombang mikro, yang merupakan solusi termudah untuk mengontrol dan membaca perangkat superkonduktor tetapi merupakan isolator panas yang buruk, dan memakan banyak ruang. Ini menjadi masalah kritis ketika perusahaan ingin meningkatkan qubit dalam jumlah ribuan untuk mengembangkan platform komersial.

Sebagai tanggapan, para peneliti di EPFL's School of Basic Sciences telah mengembangkan pendekatan baru yang menggunakan cahaya untuk membaca sirkuit superkonduktor, mengatasi tantangan penskalaan sistem kuantum.

Para ilmuwan mengganti amplifier HEMT dan kabel koaksial dengan modulator fase elektro-optik lithium niobate dan serat optik. Sinyal gelombang mikro dari sirkuit superkonduktor memodulasi pembawa laser dan menyandikan informasi pada cahaya keluaran pada suhu kriogenik. Serat optik adalah isolator panas sekitar 100 kali lebih baik daripada kabel koaksial dan 100 kali lebih kompak. Hal ini memungkinkan rekayasa sistem kuantum skala besar tanpa memerlukan daya pendinginan kriogenik yang sangat besar. Selain itu, konversi langsung sinyal gelombang mikro ke domain optik memfasilitasi transfer jarak jauh dan jaringan antar sistem kuantum.

“Kami telah mendemonstrasikan percobaan bukti prinsip menggunakan protokol pembacaan optik baru untuk mengukur secara optik perangkat superkonduktor pada suhu kriogenik,” kata Amir Youssefi, seorang mahasiswa PhD yang mengerjakan proyek tersebut. “Ini membuka jalan baru untuk mengukur sistem kuantum masa depan.”

Untuk memverifikasi pendekatan ini, tim melakukan pengukuran spektroskopi koheren dan tidak koheren konvensional pada sirkuit elektromekanis superkonduktor, yang menunjukkan kesesuaian sempurna antara pengukuran HEMT optik dan tradisional.

Meskipun proyek ini menggunakan modulator fase elektro-optik komersial, para peneliti saat ini sedang mengembangkan perangkat elektro-optik canggih berdasarkan teknologi lithium niobate terintegrasi untuk secara signifikan meningkatkan efisiensi konversi metode mereka dan menurunkan kebisingan.

Hasil pekerjaan ini pertama kali diterbitkan pada Elektronik Alam.