Nature：超导传输量子比特！

纳米人 · 公众号 · · 2022-06-22 10:45

正文

特别说明：本文由学研汇技术中心原创撰写，旨在分享相关科研知识。因学识有限，难免有所疏漏和错误，请读者批判性阅读，也恳请大方之家批评指正。

原创丨苯乙烯硅氢（学研汇技术中心）

编辑丨风云

在环境温度下通过光学纠缠微波频率超导量子处理器将可能实现安全通信和分布式量子信息处理。然而，在这些不同的电磁光谱范围之间转换量子信号仍然是一个难以解决的问题，并且由于光子的有害影响，限制在毫开尔文温度下工作的超导量子比特与电光换能器的接口也将带来相当大的挑战。此外，许多远程纠缠协议在量子态上转换之前和之后都需要多个量子比特门，因此理想的换能器应该对量子比特施加最小的反作用。鉴于此，科罗拉多大学Delaney教授团队演示了通过低反作用电光机械传感器读取超导传输量子比特。这项工作中使用的换能器和电路量子电动力学系统的模块化特性能够将量子比特与光子完全隔离，并且换能器对量子比特的反作用小于环境热辐射所产生的反作用。

本文要点

该实验由两个模块化系统组成，该系统连接到光学稀释制冷机的基板上，基板温度为 T_bp ≈ 40 mK。微波腔的总线宽为κ_c/2π = 380 kHz，微波腔的谐振频率 ω_c 可以通过连接到压电步进模块的蓝宝石棒进行原位调谐，从而使电路量子电动力学系统的微波谐振与换能器的微波模式在 ω_e/2π = 7.938 GHz。另一个实验模块是一个包含微波和光学谐振器的电光换能器，耦合到单模氮化硅膜，机械谐振频率为 ω_m/2π = 1.45 MHz。

研究者获得了 η_loss = 1.9 × 10⁻³ 的最大传输效率，它捕获了电路量子电动力学系统和光学检测器之间的所有损耗源。η_loss 的最大值是许多个体贡献的乘积，包括换能器效率（η_t = 0.19），光学检测效率（η_opt = 0.28），微波传输损耗（η_mic= 0.34）和由于读出脉冲的带宽超过换能器的带宽而导致的低效率（η_bw = 0.15）。

使用标准技术，研究者的电路量子电动力学系统中量子比特的寿命可以直接提高到 T₁> 100 μs。此外，该设备中的真空机电耦合 g_e 比之前测量的换能器中的要小，这表明通过增强这种耦合可以轻松地将换能带宽提高到约 10 kHz。