Mikroaaltoisolaattori vaikkapa kvanttitietokoneille

Japanin kansallisen tähtitieteellisen observatorion (NAOJ) tutkijat ovat kehitelleet uudenlaisen mikroaaltoisolaattorin ja osoittaneet ensimmäistä kertaa perusperiaatteen, joka mahdollistaa pienet isolaattorit; millaiset ovat välttämättömiä tulevaisuuden kvanttitietokoneille.

Tämä isolaattori koostuu kahdesta taajuussekoittimesta, joita käytetään laajalti radioteleskooppivastaanottimissa ja se tasoittaa tietä myös laajamittaisten monipikselisten radiokameroiden kehittämiselle.

Isolaattori on elektroninen komponentti, joka ohjaa signaalin etenemissuuntaa ja jota käytetään erilaisissa instrumenteissa, kuten kvanttitietokoneissa ja tähtitieteen radiovastaanottimissa.

Perinteiset isolaattorit käyttävät magneettisia materiaaleja, mikä periaatteessa vaikeuttaa muutaman senttimetrin kokoisen isolaattorin rakentamista. Tämä on este esimerkiksi suurten, tuhansien tai miljoonan kubitin kvanttitietokoneiden toteuttamiselle. Sama ongelma esiintyy radioastronomisten havaintojen suurikokoisten kameroiden kehittämisessä.

Tässä työssä tutkimusryhmä käytti kahta taajuussekoitinta isolaattorille magneettisten materiaalien sijaan ja on osoittanut periaatteen sekä teoreettisesti että kokeellisesti. "Tämä perustuu täysin uuteen periaatteeseen", sanoo projektitutkija Sho Masui, NAOJ Advanced Technology Centeristä (ATC). "Olemme luoneet uuden piirilaitteen mikroaaltoalueelle. Se on merkittävä myös sähköteknisesti, sillä uusi isolaattori pystyy tarjoamaan erittäin skaalautuvia piirejä."

Yksi suurimmista skaalautuvuuden eduista on se, että uusi isolaattori voidaan konfiguroida kokonaan litteään piiriin painetulla piirilevyllä. Tämä tarkoittaa, että integroiduilla piireillä varustettu isolaattori voidaan pienentää millimetrin mittakaavaan, joka on 1000 kertaa pienempi kuin perinteiset isolaattorit.

Tutkimusryhmä tähtää korkeammalle; he etsivät tapaa kehittää isolaattoreita, jotka voivat myös vahvistaa signaaleja. Radiohavainnointilaitteissa yleisesti käytetyt taajuussekoittimet ovat suprajohde-eriste-suprajohde sekoittimet (SIS-sekoittimet), joiden tehtävänä on vahvistaa signaaleja. Tässä kehityksessä taajuussekoittimena käytetään kaupallisesti saatavilla olevaa puolijohdesekoitinta, mutta jos sen sijaan käytetään SIS-sekoitinta, toteutetaan uusi laite, joka sekä vahvistaa signaaleja että toimii isolaattorina.

"Radioaaltohavaintolaitteilla ja kvanttitietokoneilla on yhteisiä kehityselementtejä", sanoo Yoshinori Uzawa, NAOJ:n suunnittelujohtaja. "NAOJ on kerännyt tietoa radioaaltojen sekä näkyvän ja infrapunavalon havainnointilaitteiden kehittämisestä.

Aiheesta aiemmin: