Ánh sáng đáp ứng các mạch siêu dẫn

Hàng đầu công nghệ các công ty như Google, Microsoft và IBM đã đầu tư rất nhiều vào các hệ thống máy tính lượng tử dựa trên siêu dẫn vi sóng mạch và đang tìm cách mở rộng quy mô để phát triển các nền tảng máy tính thương mại.

Một máy tính lượng tử thành công đòi hỏi một số lượng đáng kể các qubit, các khối xây dựng của máy tính lượng tử, để nó có thể lưu trữ và thao tác thông tin lượng tử.

Tuy nhiên, qCác tín hiệu uantum có thể bị ô nhiễm bởi nhiễu nhiệt được tạo ra bởi sự chuyển động của các electron và để ngăn chặn điều này, các hệ thống lượng tử siêu dẫn cần hoạt động ở nhiệt độ cực thấp - dưới 20 mili-Kelvin - đạt được bằng cách sử dụng tủ lạnh pha loãng heli. .

Các tín hiệu vi sóng đầu ra từ các hệ thống như vậy được khuếch đại bởi các bóng bán dẫn di động điện tử cao có tiếng ồn thấp (HEMT) ở nhiệt độ thấp. Sau đó, tín hiệu được chuyển ra bên ngoài tủ lạnh bằng cáp đồng trục của lò vi sóng, đây là giải pháp dễ dàng nhất để điều khiển và đọc các thiết bị siêu dẫn nhưng là bộ cách nhiệt kém và chiếm nhiều không gian. Điều này trở thành một vấn đề quan trọng khi các công ty đang tìm cách mở rộng quy mô qubit lên hàng nghìn để phát triển các nền tảng thương mại.

Đáp lại, các nhà nghiên cứu tại Trường Khoa học Cơ bản của EPFL đã phát triển một phương pháp mới sử dụng ánh sáng để đọc ra các mạch siêu dẫn, vượt qua những thách thức về quy mô của các hệ lượng tử.

Các nhà khoa học đã thay thế các bộ khuếch đại HEMT và cáp đồng trục bằng một bộ điều biến pha điện quang lithium niobate và các sợi quang tương ứng. Tín hiệu vi sóng từ các mạch siêu dẫn điều biến sóng mang laser và mã hóa thông tin về ánh sáng đầu ra ở nhiệt độ đông lạnh. Sợi quang là chất cách nhiệt tốt hơn khoảng 100 lần so với cáp đồng trục và nhỏ gọn hơn 100 lần. Điều này cho phép kỹ thuật các hệ thống lượng tử quy mô lớn mà không yêu cầu công suất làm mát đông lạnh khổng lồ. Ngoài ra, việc chuyển đổi trực tiếp tín hiệu vi ba sang miền quang tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền tầm xa và kết nối mạng giữa các hệ lượng tử.

Amir Youssefi, một nghiên cứu sinh tiến sĩ làm việc trong dự án cho biết: “Chúng tôi đã chứng minh một thí nghiệm chứng minh nguyên tắc sử dụng một giao thức đọc quang học mới để đo quang học một thiết bị siêu dẫn ở nhiệt độ lạnh”. "Nó mở ra một con đường mới để mở rộng các hệ thống lượng tử trong tương lai."

Để xác minh cách tiếp cận này, nhóm đã thực hiện các phép đo quang phổ mạch lạc và không mạch lạc thông thường trên một mạch điện cơ siêu dẫn, cho thấy sự thống nhất hoàn hảo giữa phép đo quang học và phép đo HEMT truyền thống.

Mặc dù dự án này sử dụng bộ điều biến pha điện quang thương mại, các nhà nghiên cứu hiện đang phát triển các thiết bị điện quang tiên tiến dựa trên công nghệ niobate lithium tích hợp để nâng cao đáng kể hiệu quả chuyển đổi của phương pháp và giảm tiếng ồn.

Kết quả của công việc này lần đầu tiên được xuất bản trong Tự nhiên Điện tử.