Mikroaaltojen fotoneja kvanttitietokoneisiin

Viime vuosina tutkijat ovat keskittyneet yhä enemmän mikroaaltojen mahdollisuuksiin kvanttitekniikassa.

Nyt Lundin yliopiston tutkimusryhmä on tehnyt löydön, joka voi nopeuttaa kvanttikehitystä.

”Jotta viestintä kvanttitietokoneen eri osien välillä olisi mahdollista, on kyettävä havaitsemaan yksittäisiä mikroaaltofotoneja erittäin tehokkaasti. Kokeemme osoittaa täysin uuden tavan saavuttaa tämä”, sanoo Peter Samuelsson, Lundin yliopiston fysiikan tutkija.

Tutkijat loivat ilmaisimen, jossa käytettiin puolijohtavia nanolankoja. Niiden suuri etu on niiden kyky muodostaa yhteys olemassa olevaan tekniikkaan.

”Nanolankojen ansiosta onnistuimme havaitsemaan fotoneja jatkuvasti muuttamalla ne mitattavaksi elektronivirraksi. Tämä tarkoittaa, että ilmaisimen ei tarvitse tietää, milloin fotoni saapuu, mitä usein vaaditaan nykyisissä mikroaaltoilmaisimissa”, sanoo Lundin yliopiston fysiikan tutkija Ville Maisi.

Näkyvän valon yksittäisten fotonien ilmaisimet ovat olleet olemassa jo pitkään ja niitä käytetään monilla tekniikan aloilla. Nyt Lundin tutkijat voivat todeta, että perusperiaatteet toimivat myös mikroaaltofotoneille, vaikka jälkimmäisillä on vain yksi kymmenesosa energiasta. Kokeessa tutkijat pystyivät osoittamaan, että kuusi prosenttia kaikista fotoneista muutettiin elektroneiksi. Se on noin tuhat kertaa parempi kuin aiemmissa kokeissa mitatut tulokset ja tehdyt teoreettiset analyysit osoittavat, että menetelmällä voisi saavuttaa lähes sadan prosentin tehokkuuden.

Argonne National Laboratory ja Illinoisin yliopiston Champaign-Urbanan uusi yhteistyöohjelma selvittää puolestaan magneettisuuden ja mikroaaltojen kytkentää kvanttitutkimuksen saralla.

"Kvanttitiede lupaa uusia ja erilaisia tapoja, joilla tieteilijät voivat käsitellä ja manipuloida informaatiota havainnointia, datansiirtoa ja laskentaa varten", sanoo Valentine Novosad, Argonnen materiaalitieteen vanhempi tutkija.

Mikroaalloilla voi olla keskeinen rooli kvantti-informaation kehittyvällä alalla, koska fysikaalisten ominaisuuksiensa ansiosta ne voivat tarjota halutun kvanttitoiminnan lähellä absoluuttista nollaa - mikä on välttämätöntä, koska lämpö aiheuttaa virheitä kvanttitoiminnoissa.

Mikroaallot ovat kuitenkin alttiita kohinalle, joka on ei-toivottua energiaa, joka häiritsee signaalia ja tiedonsiirtoa. Tutkimusryhmä aikoo selvittää, voisivatko magnonit tehdä yhteistyötä mikroaaltofotonien kanssa siten, että mikroaallot voivat kulkea vain yhteen suuntaan, mikä eliminoisi olennaisesti kohinaa.

Argonnen tutkijat tulevat rakentamaan aiempiin pyrkimyksiin tukeutuen suprajohtavan piirin, johon on integroitu magneettisia elementtejä. UIUC-tutkijat etsivät puolestaan magneetteja, jotka toimivat erittäin kylmissä lämpötiloissa.

"Monet magneetit toimivat hyvin mikroaaltojen kanssa huoneenlämmössä", sanoo UIUC:n professori Axel Hoffmann. "Mutta tarvitsemme materiaaleja, jotka toimivat hyvin myös paljon alemmissa lämpötiloissa, mikä voi muuttaa niiden ominaisuuksia täysin."

"Jos menestymme näiden kolmen vuoden aikana, meillä on magneettisia rakenteita, jotka on integroitu suoraan kvanttipiireihin", Hoffmann toteaa.

Aiheesta aiemmin:

Portti auki seuraavan sukupolven tietojenkäsittelylle

Tutkijat kesyttävät fotoni-magnoni -vuorovaikutuksen