Fotonireititystä ja vähemmän kohinaa suprajohteisille kubiteille

Harvardin yliopiston professorin Marko Lončarin johtama tiimi on luonut mikroaalto-optisen kvanttimuuntimen, joka on suunniteltu kvanttiprosessoinnin järjestelmiin, jotka käyttävät suprajohtavia mikroaaltokubitteja pienimpänä toimintayksikkönä.

Kehitetty muunninanturi kattaa suuren energiaraon mikroaaltojen ja optisten fotonien välillä, mikä mahdollistaa mikroaaltokubittien ohjauksen useiden kilometrien päässä syntyvillä optisilla signaaleilla. Laite on ensimmäinen laatuaan, joka osoittaa suprajohtavan kubitin ohjauksen pelkällä valolla.

Koska tuleva kvanttilaskenta vaatii miljoonia kubitteja toimiakseen, näiden järjestelmien skaalaaminen vain mikroaaltotaajuisilla signaaleilla on haastavaa. Ratkaisu piilee mikroaaltokubittien käyttämisessä kvanttioperaatioiden suorittamisessa, mutta optisten fotonien käyttämisessä tehokkaina ja skaalautuvina yhteysliitäntöinä.

Harvardin tiimin optinen muunnin toimii yhdistämällä mikroaaltoresonaattorin kahteen optiseen resonaattoriin, mikä mahdollistaa edestakaisen energianvaihdon niiden perusmateriaalin, litiumniobaatin, ominaisuuksien mahdollistamana. Tiimi hyödynsi jo tätä muunnosta eliminoidakseen lämmittävien mikroaaltokaapeleiden tarpeen kubitin tilojen ohjaamiseen.

Samoja laitteita voidaan käyttää joko kubitin tilan lukemiseen tai suorien linkkien muodostamiseen kvantti-informaation muuntamiseksi vahvemmiksi valopaketeiksi kvanttilaskentasolmujen välillä. Läpimurto tuo meidät lähemmäksi maailmaa, jossa suprajohtavat kvanttiprosessorit on yhdistetty pienen häviön mutta suuren välityskapasiteetin optisilla verkoilla.

"Seuraava askel anturin osalta voisi olla luotettava lomittumisen luominen ja jakaminen mikroaaltokubittien välillä valoa käyttämällä", Lončar sanoi.

Berkeley Labin tutkijoiden johtama tutkimusryhmä on puolestaan kehittänyt uuden valmistustekniikan, joka voi parantaa suprajohtavien kubittien kohinakestävyyttä.

Suprajohtavia kubitteja valmistetaan tyypillisesti kerrostamalla suprajohtavaa metallia piille. Kuten kaikki muutkin kubitit, suprajohtavat kubitit ovat herkkiä ympäristöhäiriöiden, kuten piirirakenteen materiaalien ei-toivottujen sähkövarausten, aiheuttamille virheille.

Uusi valmistustekniikka voi merkittävästi vähentää materiaalien epätäydellisyydestä aiheutuvaa kohinaa nostamalla "superinduktoriksi" kutsuttua piirikomponenttia irti piisubstraatista.

Havaittiin, että uusi menetelmä johti 87 %:n kasvuun induktanssissa – tai datan tallentamiseen magneettikentässä tarvittavaan virrankulkuun – verrattuna perinteisiin täysin alustaan tukeutuviin superinduktoreihin.

"Se on valmistustekniikka, jonka avulla voimme tehdä superinduktansseja sekä puhtaammilla että tarkemmin ohjatuilla tavoilla. Se antaa meille paljon joustavuutta piirirakenteiden aikaansaamiseksi ", David I. Santiago sanoi.

Aiheista aiemmin:

Kuroa umpeen mikroaaltoisten ja optisten kubittien välinen kuilu

Suora viestintä useiden kvanttiprosessorien välillä

Edistystä suprajohteisissa kubiteissa