Инженеры разработали микроволново-оптический квантовый преобразователь, который позволяет управлять сверхпроводящим кубитом исключительно с помощью света. Это открывает путь к созданию распределенных квантовых сетей, совместимых с существующей телекоммуникационной инфраструктурой.
Исследователи из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона представили устройство, которое они называют «маршрутизатором для фотонов». Это изобретение способно соединить чувствительные к шуму сверхпроводящие квантовые компьютеры с оптическими сетями передачи данных.
Новое устройство предназначено для квантовых вычислительных систем, использующих сверхпроводящие микроволновые кубиты — квантовые аналоги классических битов. Ключевая особенность технологии — способность преодолевать энергетический разрыв между микроволновыми и оптическими фотонами.
Преобразователь размером всего 2 мм (по виду напоминающий скрепку) размещен на чипе длиной около 2 см. Это первое устройство, которое управляет состоянием сверхпроводящего кубита только с помощью света. Оно работает за счет связи микроволнового резонатора с двумя оптическими резонаторами. Благодаря свойствам базового материала — ниобата лития — обеспечивается двусторонний обмен энергией между микроволновыми и оптическими сигналами.
Сверхпроводящие кубиты считаются одной из самых перспективных платформ для квантовых вычислений. Они масштабируемы, совместимы с существующими производственными технологиями и способны сохранять квантовую суперпозицию достаточно долго для проведения сложных вычислений. Однако их главный недостаток — необходимость работы при температурах, близких к абсолютному нулю, что требует громоздких и дорогих систем охлаждения.
Масштабирование квантовых компьютеров, которым в будущем потребуется миллионы кубитов, сталкивается с серьезными ограничениями при передаче микроволновых сигналов. Решение, предложенное учеными, заключается в разделении ролей: микроволновые кубиты используются для вычислений, а оптические фотоны — для передачи информации и построения масштабируемых интерфейсов.
Новый преобразователь устраняет необходимость в громоздких микроволновых кабелях для управления кубитами. Более того, такие устройства можно использовать не только для управления, но и для считывания квантового состояния или организации прямых оптических связей между узлами квантовой сети. Это позволит передавать информацию в виде световых пакетов, создавая основу для масштабируемой распределенной квантовой инфраструктуры.
Читать далее:
Ученые в тупике: «Уэбб» засек невозможный свет в галактике
Живые клетки обрабатывают информацию в миллиарды раз быстрее, чем считалось ранее
Вселенная внутри черной дыры: наблюдения «Уэбба» подтверждают странную гипотезу
Иллюстрация на обложке: designed by Freepik, сведения о лицензии
