Işık süper iletken devrelerle buluşuyor

Önemli teknoloji Google, Microsoft ve IBM gibi şirketler, mikrodalga süperiletkenliğine dayalı kuantum hesaplama sistemlerine yoğun yatırım yapıyor devre ticari bilgi işlem platformları geliştirmek için bunları ölçeklendirmenin yollarını arıyoruz.

Başarılı bir kuantum bilgisayarı, kuantum bilgilerini depolayabilmesi ve yönetebilmesi için, kuantum bilgisayarların yapı taşları olan önemli sayıda kubit gerektirir.

Ancak, quantum sinyalleri, elektronların hareketi tarafından üretilen termal gürültü ile kirlenebilir ve bunu önlemek için, süper iletken kuantum sistemlerinin, kriyojenik helyum seyreltme buzdolapları kullanılarak elde edilen, 20 mili Kelvin'den daha düşük ultra düşük sıcaklıklarda çalışması gerekir. .

Bu tür sistemlerden gelen çıkış mikrodalga sinyalleri, düşük sıcaklıklarda düşük gürültülü yüksek elektron hareketlilik transistörleri (HEMT'ler) tarafından güçlendirilir. Sinyaller daha sonra mikrodalga koaksiyel kablolarla buzdolabının dışına yönlendirilir; bunlar süper iletken cihazları kontrol etmek ve okumak için en kolay çözümdür, ancak ısı yalıtıcıları zayıftır ve çok yer kaplar. Şirketler ticari platformlar geliştirmek için binlerce kübitin ölçeğini büyütmek istediğinde bu durum kritik bir sorun haline geliyor.

Buna yanıt olarak, EPFL Temel Bilimler Okulu'ndaki araştırmacılar, süper iletken devreleri okumak için ışığı kullanan ve kuantum sistemlerinin ölçeklendirme zorluklarının üstesinden gelen yeni bir yaklaşım geliştirdiler.

Bilim adamları HEMT amplifikatörlerini ve koaksiyel kabloları sırasıyla lityum niyobat elektro-optik faz modülatörü ve optik fiberlerle değiştirdiler. Süper iletken devrelerden gelen mikrodalga sinyalleri, bir lazer taşıyıcıyı modüle eder ve kriyojenik sıcaklıklarda çıkış ışığına ilişkin bilgileri kodlar. Optik fiberler, koaksiyel kablolara göre yaklaşık 100 kat daha iyi ısı yalıtıcısıdır ve 100 kat daha kompakttır. Bu, çok büyük kriyojenik soğutma gücü gerektirmeden büyük ölçekli kuantum sistemlerinin mühendisliğini mümkün kılar. Ek olarak, mikrodalga sinyallerinin optik alana doğrudan dönüştürülmesi, kuantum sistemleri arasında uzun mesafeli aktarımı ve ağ oluşturmayı kolaylaştırır.

Projede çalışan doktora öğrencisi Amir Youssefi, "Süper iletken bir cihazı kriyojenik sıcaklıklarda optik olarak ölçmek için yeni bir optik okuma protokolü kullanan, prensip kanıtı niteliğinde bir deney gösterdik" dedi. "Gelecekteki kuantum sistemlerini ölçeklendirmek için yeni bir yol açıyor."

Bu yaklaşımı doğrulamak için ekip, süper iletken bir elektromekanik devre üzerinde geleneksel tutarlı ve tutarsız spektroskopik ölçümler gerçekleştirdi; bu, optik ve geleneksel HEMT ölçümleri arasında mükemmel bir uyum gösterdi.

Bu projede ticari bir elektro-optik faz modülatörü kullanılmış olsa da, araştırmacılar şu anda yöntemlerinin dönüşüm verimliliğini önemli ölçüde artırmak ve gürültüyü azaltmak için entegre lityum niyobat teknolojisine dayalı gelişmiş elektro-optik cihazlar geliştiriyorlar.

Bu çalışmanın sonuçları ilk olarak Doğa Elektroniği.