La luce incontra i circuiti superconduttori
Primo la tecnologia aziende come Google, Microsoft e IBM hanno investito molto in sistemi di calcolo quantistico basati sui superconduttori a microonde circuito piattaforme e abbiamo cercato di ridimensionarle per sviluppare piattaforme informatiche commerciali.
Un computer quantistico di successo richiede un numero significativo di qubit, gli elementi costitutivi dei computer quantistici, in modo che possa memorizzare e manipolare le informazioni quantistiche.
Tuttavia, qi segnali uantum possono essere contaminati dal rumore termico generato dal movimento degli elettroni e, per evitare ciò, i sistemi quantistici superconduttori devono funzionare a temperature ultra basse - meno di 20 milli-Kelvin - che si ottengono utilizzando refrigeratori criogenici a diluizione di elio .
I segnali a microonde in uscita da tali sistemi sono amplificati da transistor ad alta mobilità elettronica (HEMT) a basso rumore a basse temperature. I segnali vengono quindi instradati all'esterno del frigorifero tramite cavi coassiali a microonde, che sono le soluzioni più semplici per controllare e leggere i dispositivi superconduttori, ma sono scarsi isolatori termici e occupano molto spazio. Questo diventa un problema critico quando le aziende stanno cercando di aumentare i qubit a migliaia per sviluppare piattaforme commerciali.
In risposta, i ricercatori della School of Basic Sciences dell'EPFL hanno sviluppato un nuovo approccio che utilizza la luce per leggere i circuiti superconduttori, superando le sfide di scalabilità dei sistemi quantistici.
Gli scienziati hanno sostituito gli amplificatori HEMT e i cavi coassiali con un modulatore di fase elettro-ottico al niobato di litio e fibre ottiche rispettivamente. I segnali a microonde provenienti da circuiti superconduttori modulano un vettore laser e codificano le informazioni sulla luce in uscita a temperature criogeniche. Le fibre ottiche sono isolanti termici circa 100 volte migliori dei cavi coassiali e sono 100 volte più compatte. Ciò consente l'ingegnerizzazione di sistemi quantistici su larga scala senza richiedere un'enorme potenza di raffreddamento criogenica. Inoltre, la conversione diretta dei segnali a microonde nel dominio ottico facilita il trasferimento a lungo raggio e il collegamento in rete tra sistemi quantistici.
"Abbiamo dimostrato un esperimento di prova di principio utilizzando un nuovo protocollo di lettura ottica per misurare otticamente un dispositivo superconduttore a temperature criogeniche", ha detto Amir Youssefi, uno studente di dottorato che lavora al progetto. "Apre una nuova strada per scalare i futuri sistemi quantistici".
Per verificare questo approccio, il team ha eseguito misurazioni spettroscopiche convenzionali coerenti e incoerenti su un circuito elettromeccanico superconduttore, che ha mostrato un perfetto accordo tra le misurazioni HEMT ottiche e tradizionali.
Sebbene questo progetto abbia utilizzato un modulatore di fase elettro-ottico commerciale, i ricercatori stanno attualmente sviluppando dispositivi elettro-ottici avanzati basati sulla tecnologia integrata del niobato di litio per migliorare in modo significativo l'efficienza di conversione del loro metodo e ridurre il rumore.
I risultati di questo lavoro sono stati pubblicati per la prima volta in Elettronica per la natura.