Muuntaa mikroaaltofotonien virta sähkövirraksi

Tietyt kvanttilaskennan, -tunnistuksen ja -viestinnän tekniikat käsittelevät kvanttibitteihin tallennettua informaatiota käyttämällä mikroaaltofotoneja. Mutta tällaisten fotonien tarkka ja suurilla nopeuksilla havaitseminen – esimerkiksi kvanttitietokoneen muuttuvien tilojen lukeminen – on haaste, koska niillä on paljon vähemmän energiaa kuin näkyvillä tai infrapunafotoneilla.

Nyt tutkijat ovat osoittaneet havaitsemismenetelmän, joka perustuu siihen tosiasiaan, että fotoni voi auttaa elektronin kvanttitunneloinnissa suprajohtavan liitoksen kautta.

Tekniikka muuntaa mikroaaltofotonien virran elektronien virraksi paljon tehokkaammin kuin muut menetelmät. Hyötysuhteeksi saatiin 83%, ja menetelmälle on välitöntä käyttöä kvanttiteknologioissa.

Hyvien mikroaaltofotonien ilmaisimien rakentaminen on luonnostaan vaikeaa, sanoo Julien Basset Paris-Saclayn yliopistosta, koska tällaisilta fotoneilta puuttuu energia, joka tarvitaan puolijohteiden elektronien virittämiseen johtavuuskaistalle, mikä sitten tuottaisi mitattavan virran.

Tutkijat ovat harjoitelleet monien tekniikoiden parissa mutta mikään ei toimi hyvin jatkuvalle fotonivirralle, jossa useita fotoneja voi saapua samanaikaisesti. Tähän mennessä paras osoitettu tehokkuus on ollut vain muutama prosentti.

"Tämän tyyppinen laite on tähän asti ollut olemassa vain optisille tai infrapunafotoneille", Basset selvittää. "Olemme osoittaneet, että oikealla suprajohtavien materiaalien ja geometrian yhdistelmällä voimme tehdä saman mikroaaltojen kanssa ja muuttaa fotonivirran elektronivirraksi erittäin korkealla kvanttitehokkuudella." Laitteen pitäisi pystyä havaitsemaan yli 100 000 fotonia sekunnissa, hän lisää.

Fotonien välisten vuorovaikutusten hallinta laajemminkin voi johtaa uusiin teknologioihin, muun muassa täysin optisiin kvanttitietokoneisiin.

Sitä tavoitellen, Richard Warburton Baselin yliopistosta kollegoineen ovat osoittaneet laitteen, jonka syöttö on heikko laser ja jonka ulostulo on yksittäisten fotonien virta yhdestä portista ja useiden fotonien ryhmät toisesta portista.

Kyky erottaa yhden fotonin tilat monifotonitiloista voisi johtaa fotoniseen logiikkaporttiin kvanttitietokoneessa. Esimerkiksi kahden sellaisen portin sisään tulevan itsenäisen fotonin tilat voivat määrittää, lähtevätkö ne itsenäisesti vai kahden fotonin yksikkönä.

Aiheesta aiemmin:

RF- ja mikroaaltosignaalien kvanttikäsittelyä

Mikroaaltojen fotoneja kvanttitietokoneisiin

Portti auki seuraavan sukupolven tietojenkäsittelylle