แสงตรงตามวงจรตัวนำยิ่งยวด

ชั้นนำ เทคโนโลยี บริษัทต่างๆ เช่น Google, Microsoft และ IBM ได้ลงทุนมหาศาลในระบบคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้ตัวนำยิ่งยวดแบบไมโครเวฟ วงจรไฟฟ้า แพลตฟอร์มและต้องการขยายขนาดเพื่อพัฒนาแพลตฟอร์มคอมพิวเตอร์เชิงพาณิชย์

คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ประสบความสำเร็จต้องใช้ qubits จำนวนมากซึ่งเป็นหน่วยการสร้างของคอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อให้สามารถจัดเก็บและจัดการข้อมูลควอนตัมได้

อย่างไรก็ตาม qสัญญาณ uantum สามารถปนเปื้อนได้จากสัญญาณรบกวนความร้อนที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนและเพื่อป้องกันสิ่งนี้ระบบควอนตัมตัวนำยิ่งยวดจำเป็นต้องทำงานที่อุณหภูมิต่ำมาก - น้อยกว่า 20 มิลลิเคลวิน - ซึ่งทำได้โดยใช้ตู้เย็นที่เจือจางด้วยฮีเลียมด้วยความเย็น .

สัญญาณไมโครเวฟเอาท์พุตจากระบบดังกล่าวจะถูกขยายโดยทรานซิสเตอร์แบบเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนสูงที่มีสัญญาณรบกวนต่ำ (HEMT) ที่อุณหภูมิต่ำ จากนั้นสัญญาณจะถูกส่งออกไปนอกตู้เย็นด้วยสายโคแอกเชียลไมโครเวฟซึ่งเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการควบคุมและอ่านอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวด แต่เป็นตัวแยกความร้อนที่ไม่ดีและใช้พื้นที่มาก สิ่งนี้กลายเป็นปัญหาสำคัญเมื่อ บริษัท ต่างๆต้องการขยาย qubits เป็นหลักพันเพื่อพัฒนาแพลตฟอร์มเชิงพาณิชย์

ในการตอบสนองนักวิจัยจาก School of Basic Sciences ของ EPFL ได้พัฒนาแนวทางใหม่ที่ใช้แสงในการอ่านวงจรตัวนำยิ่งยวดเอาชนะความท้าทายในการปรับขนาดของระบบควอนตัม

นักวิทยาศาสตร์ได้เปลี่ยนแอมพลิฟายเออร์ HEMT และสายโคแอกเซียลด้วยตัวปรับเฟสอิเล็กโทร - ออปติกของลิเธียมไนโอเบตและเส้นใยแสงตามลำดับ สัญญาณไมโครเวฟจากวงจรตัวนำยวดยิ่งปรับตัวให้บริการเลเซอร์และเข้ารหัสข้อมูลเกี่ยวกับแสงที่ส่งออกที่อุณหภูมิการแช่แข็ง ใยแก้วนำแสงเป็นตัวแยกความร้อนที่ดีกว่าสายโคแอกเซียลประมาณ 100 เท่าและมีขนาดกะทัดรัดกว่า 100 เท่า สิ่งนี้ช่วยให้สามารถวิศวกรรมระบบควอนตัมขนาดใหญ่โดยไม่ต้องใช้พลังทำความเย็นขนาดใหญ่ในการแช่แข็ง นอกจากนี้การแปลงสัญญาณไมโครเวฟโดยตรงไปยังโดเมนออปติคัลยังช่วยให้สามารถถ่ายโอนข้อมูลระยะไกลและสร้างเครือข่ายระหว่างระบบควอนตัมได้อีกด้วย

“ เราได้แสดงให้เห็นถึงการทดลองพิสูจน์หลักการโดยใช้โปรโตคอลการอ่านข้อมูลด้วยแสงแบบใหม่เพื่อวัดอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวดด้วยแสงที่อุณหภูมิการแช่แข็ง” Amir Youssefi นักศึกษาปริญญาเอกที่ทำงานในโครงการนี้กล่าว “ เป็นการเปิดช่องทางใหม่ในการปรับขนาดระบบควอนตัมในอนาคต”

ในการตรวจสอบวิธีนี้ทีมงานได้ทำการวัดสเปกโตรสโกปีแบบเดิมและแบบไม่ต่อเนื่องบนวงจรเครื่องกลไฟฟ้าของตัวนำยวดยิ่งซึ่งแสดงให้เห็นข้อตกลงที่สมบูรณ์แบบระหว่างการวัดแบบออปติคัลและการวัด HEMT แบบดั้งเดิม

แม้ว่าโครงการนี้จะใช้โมดูเลเตอร์อิเล็กโทร - ออปติกเฟสเชิงพาณิชย์ แต่นักวิจัยกำลังพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กโทรออปติกขั้นสูงโดยใช้เทคโนโลยีลิเธียมไนโอเบตแบบบูรณาการเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงของวิธีการและลดเสียงรบกวน

ผลงานนี้ตีพิมพ์ครั้งแรกในปีพ. ศ เนเจอร์อิเล็กทรอนิกส์.