インサイダーブリーフ
- ハーバード大学の研究者は、スケーラブルなモジュール式量子コンピューティングネットワークへの一歩である、超伝導マイクロ波Qubitsを光学的に制御できる光子ルーターを開発しました。
- このデバイスは、マイクロ波と光学光子の間のエネルギーギャップを橋渡しし、光を使用したqubit制御を可能にし、かさばる極低温マイクロ波ケーブルへの依存を減らします。
- Rigettiコンピューティングと協力してテストされた光学トランスデューサーは、最終的に既存の光ファイバーインフラストラクチャを使用して量子プロセッサ間の長距離エンタングルメント分布を可能にする可能性があります。
- 画像：マイクロ波光学量子トランスデューサーの光学顕微鏡写真。 （ロンチャーグループ /ハーバード海）
プレスリリース – で適用された物理学者 ハーバードジョンA.ポールソン工学学校と応用科学 （SEAS）は、量子ネットワークに接続して、ノイズ感受性マイクロ波量子コンピューター用の堅牢な光学インターフェイスを作成できるフォトンルーターを作成しました。
ブレークスルーは、既存の通信インフラストラクチャを活用するモジュール式の分散型量子コンピューティングネットワークを実現するための重要なステップです。数百万マイルの光ファイバで構成されている今日の光ファイバーネットワークは、光のパルス、または光子としてのコンピューティングクラスター間の情報を、瞬く間に世界中の情報を送信します。
率いる マルコ・ロンカー、海の電気工学と応用物理学のティアンティリン教授であるチームは、マイクロ波光学Quantumトランスデューサーを作成しました。これは、最小の動作単位（1秒および0sの古典的なビットに類似しています）として、超伝導マイクロ波Qubitsを使用する量子処理システム向けに設計されたデバイスです。この研究はに掲載されています 自然物理学。
効果的に光子のルーターであるトランスデューサーは、マイクロ波と光学光子の間の大きなエネルギーギャップを橋渡しするため、数マイル離れた光信号を使用したマイクロ波キミットの制御を可能にします。このデバイスは、ライトのみを使用して超伝導Qubitの制御を示す最初の種類です。
紙の最初の著者であり大学院生のハナ・ワーナーは、トランスデューサーが量子ネットワークを夢見るときに光学系の力をタップする方法を提供すると述べました。 「これらのシステムの実現は依然として道ですが、そこにたどり着くには、さまざまなコンポーネントとスケーリングおよびインターフェースを発揮するための実用的な方法を把握する必要があります」とワーナーは言いました。 「光学光子は、それを行うことができる最良の方法の1つです。なぜなら、それらは非常に優れた情報キャリアであり、損失が低く、帯域幅が高いからです。」
異なるエネルギー状態に合わせて設計されたナノファブリケーション回路である超伝導キュービットは、そのスケーラビリティ、既存の製造プロセスとの互換性、および計算を実行するのに十分な長さの量子重力を維持する能力のために、新しい量子コンピューティングプラットフォームです。
しかし、超伝導マイクロ波のクイットプラットフォームを展開するための主要なボトルネックの1つは、それらが動作しなければならない非常に低い温度であり、希釈冷蔵庫と呼ばれる大規模な冷却システムを必要とすることです。将来の量子コンピューティングには数百万のキュービットが動作する必要があるため、これらのシステムをマイクロ波周波数信号でのみスケーリングするのは困難です。このソリューションは、マイクロ波Qubitsを使用して量子動作を行うことにありますが、光学光子を効率的でスケーラブルなインターフェイスとして使用します。
そこにトランスデューサーが登場します。
ハーバードチームの2ミリメートルの光学装置は、ペーパークリップに似ており、長さ約2センチメートルのチップに座っています。マイクロ波共振器を2つの光共振器とリンクし、基本材料の特性によって有効なエネルギーの前後の交換を可能にすることで機能します。 niobateリチウム。チームは、この交換を活用して、キュービット状態を制御するためのかさばる熱いマイクロ波ケーブルの必要性を排除しました。
制御に使用されるのと同じデバイスを、状態読み取り値をQubitに使用するか、直接リンクを形成して、Finicky Quantum情報を量子コンピューティングノード間の光の頑丈なパケットに変換するために使用できます。ブレークスルーは、低下の高電力光学ネットワークで接続された超伝導量子プロセッサを備えた世界に近づきます。
「トランスデューサーの次のステップは、光を使用したマイクロ波キミット間の絡み合いの信頼できる生成と分布である可能性があります」とロンチャーは言いました。
ハーバードチームは、光学システムの専門知識を、 コンピューティングは拒否されます、研究者がトランスデューサーをテストし、さまざまな実験をマッピングしたアルミニウムオンシリコンの超伝導Qubitプラットフォームを提供しました。他の協力者は、シカゴ大学とマサチューセッツ工科大学の出身でした。
チップの製造は、国立ナノテクノロジー調整インフラストラクチャネットワークのメンバーであるハーバード大学ナノスケールシステムセンターで行われました。
この作業は、Award RCP06360の下で空軍研究所によってさらにサポートされました。 Awards EEC-1914583、OMA-2137723、OMA-1936118、ERC-1941583、およびOMA-2137642の国立科学財団。賞のHR01120C0137に基づく防衛先進研究プロジェクト局。賞のFA8702-15-D-000の国防総省;賞DE-SC0020376のエネルギー省。 Awards FA9550-20-1、FA9550-19-1-0399、およびFA9550-21-1-0209の下での科学研究局。 Awards W911NF-20-1-0248、W911NF-23-1- 0077、およびW911NF-21-1-0325の陸軍調査局。 NTT Research、Packard Foundation buyd Award 2020-71479。
