光と超伝導回路の出会い

リーディング テクノロジー Google、Microsoft、IBM などの企業は、マイクロ波超伝導に基づく量子コンピューティング システムに多額の投資を行っています。 回路 プラットフォームを開発し、商用コンピューティングプラットフォームを開発するためにそれらを拡張することを検討してきました。

量子コンピューターを成功させるには、量子情報を保存および操作できるように、量子コンピューターの構成要素であるかなりの数の量子ビットが必要です。

ただし、quantum信号は、電子の動きによって生成される熱雑音によって汚染される可能性があり、これを防ぐために、超伝導量子システムは、極低温ヘリウム希釈冷凍機を使用して達成される超低温（20ミリケルビン未満）で動作する必要があります。 。

このようなシステムからの出力マイクロ波信号は、低温で低ノイズの高電子移動度トランジスタ（HEMT）によって増幅されます。 次に、信号はマイクロ波同軸ケーブルによって冷蔵庫の外にルーティングされます。これは、超伝導デバイスを制御および読み取るための最も簡単なソリューションですが、遮熱性が低く、多くのスペースを占有します。 これは、企業が商用プラットフォームを開発するために数千のキュービットをスケールアップしようとしている場合に重大な問題になります。

これに応えて、EPFLの基礎科学部の研究者は、光を使用して超伝導回路を読み取る新しいアプローチを開発し、量子システムのスケーリングの課題を克服しました。

科学者たちは、HEMT増幅器と同軸ケーブルをそれぞれニオブ酸リチウム電気光学位相変調器と光ファイバーに置き換えました。 超伝導回路からのマイクロ波信号は、レーザーキャリアを変調し、極低温での出力光に関する情報をエンコードします。 光ファイバは、同軸ケーブルの約100倍優れた遮熱器であり、100倍コンパクトです。 これにより、巨大な極低温冷却能力を必要とせずに、大規模な量子システムのエンジニアリングが可能になります。 さらに、マイクロ波信号を光学領域に直接変換することで、量子システム間の長距離転送とネットワーキングが容易になります。

「私たちは、極低温で超電導デバイスを光学的に測定するための新しい光学読み出しプロトコルを使用した原理実証実験を実証しました」と、プロジェクトに取り組んでいる博士課程の学生であるAmirYoussefiは述べています。 「これにより、将来の量子システムを拡張するための新しい道が開かれます。」

このアプローチを検証するために、チームは超伝導電気機械回路で従来のコヒーレントおよびインコヒーレント分光測定を実行しました。これは、光学測定と従来のHEMT測定の間に完全な一致を示しました。

このプロジェクトでは市販の電気光学位相変調器を使用しましたが、研究者は現在、統合されたニオブ酸リチウム技術に基づく高度な電気光学デバイスを開発して、メソッドの変換効率を大幅に向上させ、ノイズを低減しています。

この作業の結果は最初に公開されました ネイチャーエレクトロニクス.