Полностью оптическое сверхпроводящее считывание кубитов
В яростной гонке за за масштабируемыми квантовыми компьютерами группа физиков из команды профессора Йоханнеса Финка из Институте науки и технологий Австрии (ISTA) сумела преодолеть важное ограничение — добилась полностью оптического считывания сверхпроводящих кубитов, выведя технологию за пределы ее нынешних ограничений, и значительно сократила количество криогенного оборудования. Их выводы опубликованы в журнале Nature Physics.
Фото. Физик, соавтор Томас Вернер. Кредит: ISTA.
Для создания сверхпроводящих кубитов крошечные электрические цепи охлаждаются до чрезвычайно низких температур, при которых они теряют всякое электрическое сопротивление и могут поддерживать протекающий ток неограниченно долго. Таким образом, сверхпроводящие кубиты по определению являются электрическими. Чтобы их создать, учёные должны достичь температуры всего на несколько тысячных градуса выше абсолютного нуля. Это даже холоднее, чем космос.
Однако электрические сигналы имеют сравнительно низкую пропускную способность, то есть они передают мало информации за единицу времени. Легко подавляемые шумом, они также склонны к потере информации. Кроме того, необходимая проводка рассеивает много тепла. Таким образом, «считывание кубитов», т. е. обнаружение и измерение кубитов путем отправки электрического сигнала, который они отражают, требует колоссального криогенного охлаждения, а также сложных и дорогих электрических компонентов для фильтрации и усиления.
С другой стороны, оптические сигналы с более высокой энергией, например, на телекоммуникационных длинах волн, распространяются в тонких оптических волокнах с минимальными потерями. Кроме того, они имеют значительно меньшее рассеивание тепла и гораздо более высокую пропускную способность. Поэтому их использование для расширения границ сверхпроводящего квантового оборудования было бы идеальным. Чтобы добиться полностью оптического считывания в сверхпроводящем квантовом оборудовании, команде необходимо было найти способ "перевести" оптический сигнал в кубиты и обратно.
Рис. Сравнение обычных и оптических установок считывания кубитов в рефрижераторе растворения. Кредит: Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-024-02741-4
Физики задумались об использовании электрооптического преобразователя для преобразования оптического сигнала в микроволновую частоту — электрический сигнал, который кубиты могут понять. В ответ кубиты отражают микроволновый сигнал, который преобразователь преобразует в оптический.
Производительность созданного прототипа все еще весьма ограничена, в частности, в отношении необходимой и рассеиваемой оптической мощности. Тем не менее, он служит доказательством принципа, что полностью оптическое считывание сверхпроводящих кубитов вообще возможно.
