Свет встречается со сверхпроводящими цепями
Ведущий technology такие компании, как Google, Microsoft и IBM, вкладывают значительные средства в системы квантовых вычислений, основанные на микроволновой сверхпроводимости. схема платформы и пытались масштабировать их, чтобы разработать коммерческие вычислительные платформы.
Для успешного квантового компьютера требуется значительное количество кубитов, строительных блоков квантовых компьютеров, чтобы он мог хранить квантовую информацию и манипулировать ею.
Однако qЧеловеческие сигналы могут быть загрязнены тепловым шумом, создаваемым движением электронов, и для предотвращения этого сверхпроводящие квантовые системы должны работать при сверхнизких температурах - менее 20 мил-Кельвинов - что достигается с помощью криогенных холодильников с гелиевым разбавлением. .
Выходные микроволновые сигналы таких систем усиливаются малошумящими транзисторами с высокой подвижностью электронов (HEMT) при низких температурах. Затем сигналы направляются за пределы холодильника с помощью коаксиальных микроволновых кабелей, которые являются самым простым решением для управления и считывания сверхпроводящих устройств, но являются плохими теплоизоляторами и занимают много места. Это становится критической проблемой, когда компании стремятся масштабировать тысячи кубитов для разработки коммерческих платформ.
В ответ исследователи из Школы фундаментальных наук EPFL разработали новый подход, который использует свет для считывания сверхпроводящих цепей, преодолевая проблемы масштабирования квантовых систем.
Ученые заменили усилители HEMT и коаксиальные кабели на электрооптический фазовый модулятор из ниобата лития и оптические волокна соответственно. Микроволновые сигналы от сверхпроводящих схем модулируют лазерный носитель и кодируют информацию о выходном свете при криогенных температурах. Оптические волокна примерно в 100 раз лучше теплоизоляторы, чем коаксиальные кабели, и в 100 раз компактнее. Это позволяет разрабатывать крупномасштабные квантовые системы, не требуя огромной мощности криогенного охлаждения. Кроме того, прямое преобразование микроволновых сигналов в оптическую область облегчает передачу на большие расстояния и создание сетей между квантовыми системами.
«Мы продемонстрировали доказательный эксперимент с использованием нового протокола оптического считывания для оптического измерения сверхпроводящего устройства при криогенных температурах», - сказал Амир Юссефи, аспирант, работающий над проектом. «Это открывает новые возможности для масштабирования квантовых систем будущего».
Чтобы проверить этот подход, команда провела обычные когерентные и некогерентные спектроскопические измерения сверхпроводящей электромеханической схемы, которые показали идеальное согласие между оптическими и традиционными измерениями HEMT.
Хотя в этом проекте использовался коммерческий электрооптический фазовый модулятор, исследователи в настоящее время разрабатывают передовые электрооптические устройства на основе интегрированной технологии ниобата лития, чтобы значительно повысить эффективность преобразования своего метода и снизить уровень шума.
Результаты этой работы были впервые опубликованы в Природа Электроника.