אור פוגש מעגלים מוליכים-על

מוביל טֶכנוֹלוֹגִיָה חברות כמו גוגל, מיקרוסופט ו-IBM, השקיעו רבות במערכות מחשוב קוונטי המבוססות על מוליכות-על של מיקרוגל. מעגל פלטפורמות וחיפשו להגדיל אותן בכדי לפתח פלטפורמות מחשוב מסחריות.

מחשב קוונטי מוצלח דורש מספר משמעותי של קוביות, אבני הבניין של מחשבים קוונטיים, כדי שיוכל לאחסן ולבצע מניפולציה של מידע קוונטי.

עם זאת, שאותות האנטום יכולים להיות מזוהמים על ידי רעש תרמי שנוצר על ידי תנועת אלקטרונים, וכדי למנוע זאת, מערכות קוונטיות מוליכות-על צריכות לפעול בטמפרטורות נמוכות במיוחד - פחות מ -20 מילי-קלווין - אשר מושגות באמצעות מקררי דילול הליום קריוגניים. .

אותות המיקרוגל המוצאים ממערכות כאלה מוגברים על ידי טרנזיסטורי ניידות בעלי אלקטרונים גבוהים (רעש נמוך) בטמפרטורות נמוכות. לאחר מכן מועברים אותות מחוץ למקרר באמצעות כבלים קואקסיאליים במיקרוגל, שהם הפתרונות הקלים ביותר לשליטה וקריאה של מכשירים מוליכים-על, אך הם מבודדי חום ירודים ותופסים מקום רב. זו הופכת לבעיה קריטית כאשר חברות מבקשות להגדיל את הקוביטים באלפים במטרה לפתח פלטפורמות מסחריות.

בתגובה, חוקרים בבית הספר למדעי היסוד של EPFL פיתחו גישה חדשנית המשתמשת באור לקריאת מעגלי מוליך-על, תוך התגברות על אתגרי הגודל של מערכות קוונטיות.

המדענים החליפו מגברי HEMT וכבלי קואקסיאלי במוונון פאזה אלקטרו-אופטי ליתיום ניובט וסיבים אופטיים בהתאמה. אותות מיקרוגל ממעגלים מוליכים-על מווסתים מנשא לייזר ומקודדים מידע על אור הפלט בטמפרטורות קריוגניות. סיבים אופטיים מבודדי חום טובים פי 100 מכבלים קואקסיאליים וקומפקטיים פי 100. זה מאפשר הנדסה של מערכות קוונטיות בקנה מידה גדול מבלי לדרוש כוח קירור קריוגני עצום. בנוסף, המרה ישירה של אותות מיקרוגל לתחום האופטי מאפשרת העברה ורשתות לטווח ארוך בין מערכות קוונטיות.

"הדגמנו ניסוי הוכחה עקרונית תוך שימוש בפרוטוקול קריאה אופטי חדשני למדידה אופטית של מכשיר מוליך-על בטמפרטורות קריוגניות", אמר אמיר יוספי, סטודנט לתואר דוקטור העובד על הפרויקט. "זה פותח דרך חדשה להרחבת מערכות קוונטיות עתידיות."

כדי לאמת גישה זו, הצוות ביצע מדידות ספקטרוסקופיות קוהרנטיות ולא קוהרנטיות במעגל אלקטרומכני מוליך-על, שהראה הסכמה מושלמת בין מדידות HEMT אופטיות ומסורתיות.

אף על פי שפרויקט זה השתמש במודולטור פאזה אלקטרו-אופטי מסחרי, החוקרים מפתחים כיום מכשירים אלקטרו-אופטיים מתקדמים המבוססים על טכנולוגיית ליתיום ניובאט משולבת בכדי לשפר משמעותית את יעילות ההמרה של השיטה שלהם ואת הפחתת הרעש.

התוצאות של עבודה זו פורסמו לראשונה בשנת טבע אלקטרוניקה.