Kuroa umpeen mikroaaltoisten ja optisten kubittien välinen kuilu

Rakentaessaan suprajohtavia kvanttitietokoneita tutkijat ympäri maailmaa kehittelevät sähköisiä piirejä, jotka toimivat mikroaaltoalueella hyödyntämällä mikroaaltofotoneja kubitteina.

Mikroaaltokubitit ovat johtava lähestymistapa kvanttitietokoneiden rakentamiseen niiden helppouden ja skaalautuvan valmistuksen ansiosta. Nämä laitteet on jäähdytettävä erittäin alhaisiin lämpötiloihin, noin 30 milliKelviniin, jotta taustakohina pysyy niin alhaisena, että yksittäiset mikroaaltofotonit voidaan havaita ja käsitellä.

Jotta nämä kubitit voitaisiin välittää optisten kaapelien kautta, mikroaaltofotonit on muutettava korkeamman energian optisiksi fotoneiksi sillä mikroaaltofotonit menettävät nopeasti kvantti-informaationsa ja koherenssinsa huoneenlämmössä

Nyt Caltechin sähkötekniikan ja soveltavan fysiikan apulaisprofessori Mohammad Mirhosseinin johtama tutkijaryhmä on kehittänyt sirulla olevan muuntimen, joka auttaa kuromaan umpeen tähän liittyvän energiavajeen.

Uusi piirakenteinen laite sisältää pienen piipalkin, joka värähtelee 5 gigahertsin taajuudella ja kytkeytyy mikroaaltoresonaattoriin jossa myös fotonit pomppivat ympäriinsä 5 GHz:llä. Mirhosseinin laboratorion kvanttisovelluksiin aiemmin kehittämän sähköstaattisen aktivointitekniikan avulla mikroaaltofotoni muunnetaan kyseisessä laatikossa palkin mekaaniseksi värähtelyksi, ja resonaattori muuntaa tämän mekaanisen värähtelyn laservalon avulla optiseksi fotoniksi.

"Kun on vaikea saada aikaan suoraa kytkentää mikroaaltojen ja optisten fotonien välille, on suhteellisen helppoa saada vahva kytkentä mikroaaltofotonien ja mekaniikan ja sitten mekaniikan ja optisten fotonien välille", sanoo jatko-opiskelija William Chen.

Kehitetty laiterakenne pystyy muuttamaan mikroaaltofotonit optisiksi fotoneiksi noin 100 kertaa paremmin kuin aikaisemmat huipputekniikan järjestelmät vastaavilla kohina-arvoilla.

"Tähän asti on edistytty asteittain yhä korkeamman tehokkuuden saavuttamisessa yhä pienemmällä kohinalla. Nyt olemme tehneet järjestelmän, jolla voidaan saavuttaa todella korkea hyötysuhde verrattuna siihen, mitä aiemmin on ollut", Mirhosseini sanoo. "Laitteemme on myös paljon yksinkertaisempi valmistaa suuremmassa mittakaavassa, joten olemme innoissamme, että sillä on potentiaalia antaa meille mahdollisuus tehdä esittelyjä, jotka eivät olleet aiemmin ulottuvilla."

Aiheesta aiemmin:

Muuntaa mikroaaltofotonien virta sähkövirraksi

Mikroaaltojen fotoneja kvanttitietokoneisiin