Luz encontra circuitos supercondutores
Principal tecnologia empresas como Google, Microsoft e IBM têm investido pesadamente em sistemas de computação quântica baseados em supercondutores de micro-ondas o circuito plataformas e tem procurado escalá-las para desenvolver plataformas de computação comercial.
Um computador quântico bem-sucedido requer um número significativo de qubits, os blocos de construção dos computadores quânticos, para que possa armazenar e manipular informações quânticas.
No entanto, qsinais de uantum podem ser contaminados por ruído térmico gerado pelo movimento de elétrons e, para evitar isso, sistemas quânticos supercondutores precisam operar em temperaturas ultrabaixas - menos de 20 mili-Kelvin - o que é alcançado usando refrigeradores criogênicos de diluição de hélio .
Os sinais de microondas de saída de tais sistemas são amplificados por transistores de alta mobilidade de elétrons de baixo ruído (HEMTs) em baixas temperaturas. Os sinais são então encaminhados para fora do refrigerador por cabos coaxiais de micro-ondas, que são as soluções mais fáceis para controlar e ler dispositivos supercondutores, mas são isoladores de calor ruins e ocupam muito espaço. Isso se torna um problema crítico quando as empresas estão procurando aumentar qubits na casa dos milhares para desenvolver plataformas comerciais.
Em resposta, os pesquisadores da Escola de Ciências Básicas da EPFL desenvolveram uma nova abordagem que usa a luz para ler circuitos supercondutores, superando os desafios de escala dos sistemas quânticos.
Os cientistas substituíram os amplificadores HEMT e cabos coaxiais por um modulador eletro-óptico de fase de niobato de lítio e fibras ópticas, respectivamente. Sinais de micro-ondas de circuitos supercondutores modulam uma portadora de laser e codificam informações na luz de saída em temperaturas criogênicas. As fibras ópticas são cerca de 100 vezes melhores isoladores de calor do que os cabos coaxiais e são 100 vezes mais compactas. Isso permite a engenharia de sistemas quânticos em grande escala sem exigir um enorme poder de resfriamento criogênico. Além disso, a conversão direta de sinais de microondas para o domínio óptico facilita a transferência de longo alcance e a rede entre sistemas quânticos.
“Demonstramos um experimento de prova de princípio usando um novo protocolo de leitura óptica para medir opticamente um dispositivo supercondutor em temperaturas criogênicas”, disse Amir Youssefi, um estudante de doutorado que trabalha no projeto. “Isso abre um novo caminho para escalar os sistemas quânticos do futuro.”
Para verificar esta abordagem, a equipe realizou medidas espectroscópicas convencionais coerentes e incoerentes em um circuito eletromecânico supercondutor, que mostrou perfeita concordância entre as medidas HEMT ópticas e tradicionais.
Embora este projeto tenha usado um modulador eletro-óptico comercial de fase, os pesquisadores estão atualmente desenvolvendo dispositivos eletro-ópticos avançados baseados na tecnologia integrada de niobato de lítio para aumentar significativamente a eficiência de conversão do método e reduzir o ruído.
Os resultados deste trabalho foram publicados pela primeira vez em Eletrônicos da Natureza.