量子计算机有利于网络吗,将未来的量子计算机连接到量子网络的新视野
由代尔夫特理工大学人员领导的研究人员在微波和光域信号之间的量子态转换中迈出了两个步骤。这对于将未来的超导量子计算机连接到全球量子网络非常感兴趣。他们本周在《自然物理学》和《物理评论快报》中报告了他们的发现。
微波和光域中信号之间的转换引起了极大的兴趣，特别是为了将未来的超导量子计算机连接到全球量子网络中。量子技术中的许多领先技术，包括超导量子位和量子点，都通过微波状态下的光子共享量子信息。虽然这可以实现令人印象深刻的量子控制程度，但同时也限制了信息在丢失之前仅能实际传播的距离，只有几厘米。
同时，光量子通信领域已经在能够提供实际应用的距离尺度上进行了演示。通过在光通信频带中传输信息，可以设想数十公里甚至数百公里的基于光纤的量子网络。代尔夫特理工大学的Simon Groeblacher教授说：“为了将多个量子计算节点长距离连接到量子互联网中，因此至关重要的是能够将量子信息从微波转换到光域，然后再转换回来。” 。 “这不仅对于量子应用来说非常有趣，而且对于经典的光信号和电信号之间的高效，低噪声转换也将是非常有趣的。”
基态
已经采取了几种有希望的方法来实现微波到光学的转换器，例如通过尝试通过机械系统(振荡器)耦合信号。但是到目前为止，它们都在相当大的热噪声背景下运行。出版物的两位主要作者之一莫里兹·福斯(Moritz Forsch)解释说：“我们已经克服了这一限制，并证明了GHz微波信号与光通信频段之间的相干转换，同时具有最小的热本底噪声。”
为此，必须将机械振荡器冷却到运动的量子基态。低热占用构成了对机械状态进行量子控制的基础。另一位主要作者Rob Stockill继续说道：“我们使用了集成的片上电光设备，该设备将共振微波信号驱动的表面声波耦合到光机械晶体中。我们在其量子地中初始化机械模式。状态，这使我们能够以最小的附加热噪声执行转导过程，同时保持映射到机械谐振器中的微波光子有效地上转换到光学域。”
压电材料
Groeblacher的团队最近通过专注于新型压电材料的使用，在该领域又迈出了一步。由于机械应力而在其中产生电场的这些材料可能对于在不同载流子之间转换量子信息非常感兴趣。机电耦合原则上允许在该材料的微波和光频域之间转换量子态。因此，一种有前途的方法是构建集成的压电光机械装置，然后将其耦合到微波电路。
“我们已经设计和表征了一种由磷化镓制成的压电光机械设备，其中2.9 GHz机械模式与电信频段中的高品质因数光学谐振器耦合。大的电子带隙以及由此产生的低光学吸收性这种材料与用硅制成的器件相当，可以让我们证明该结构的量子行为。”
下一步
由磷化镓(GaP)制成的器件远远超过了当前在类似方法中通常使用的GaAs或其他压电材料方面的成就。研究人员的下一步是在此参数范围内成功运行GaP设备，并进一步研究这种令人兴奋的材料的使用。鉴于GaP具有宽的电子带隙和压电特性，这些研究结果为新颖的量子实验打开了大门，并为将此类设备用于单光子的微波到光学转换打开了可能。
《自然物理学》的出版物是代尔夫特理工大学，维也纳大学，埃因霍温科技大学和NIST的合作。
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