NIST的物理学家使用光导光纤(白色箭头所指)来测量和控制超导量子比特，而不是像这里所示的低温恒温器内的金属电缆14。通过使用光纤，研究人员有可能将一百万个量子位元放入量子计算机中，而不仅仅是几千个。信贷:f . Lecocq) / NIST

 

光纤可提高超导量子计算机的能力

 

建造具有强大处理能力的超导量子计算机的秘诀可能是一种普通的电信技术——光纤。天富登录测速

 

美国国家标准与技术研究所(NIST)的物理学家们已经用光导光纤代替金属电线测量并控制了一个超导量子比特(qubit)，这为将一百万个量子比特(而不是仅仅几千个)装入量子计算机铺平了道路。3月25日出版的《自然》杂志描述了这一演示。

 

超导电路是制造量子计算机的一项领先技术，因为它们可靠且易于大规模生产。但是这些电路必须在低温下工作，而将它们连接到室温电子器件的方案很复杂，而且很容易使量子位过热。一台能够解决任何类型问题的通用量子计算机预计需要大约100万个量子位。传统的冷冻器——超冷稀释冰箱——用金属布线最多只能支持数千个。

 

光纤是电信网络的主干网，其核心是玻璃或塑料，可以传输大量的光信号而不传导热量。但是超导量子计算机使用微波脉冲来存储和处理信息。所以光需要精确地转换成微波。

 

为了解决这个问题，NIST的研究人员将这种光纤与其他一些标准组件结合起来，这些组件可以在单个粒子或光子的水平上转换、传输和测量光，这样就可以很容易地转换成微波。该系统的工作性能和金属布线一样好，并维持了量子比特脆弱的量子态。

 

NIST的物理学家John Teufel说:“我认为这项进展将产生巨大的影响，因为它结合了两种完全不同的技术，光子学和超导量子位，来解决一个非常重要的问题。”“光纤还可以以比传统电缆小得多的体积传输更多的数据。”

 

 

通常，研究人员在室温下产生微波脉冲，然后通过同轴金属电缆将其传送到低温维持的超导量子位。NIST的新装置使用光纤代替金属将光信号引导到低温光探测器，低温光探测器将信号转换回微波，并将其传送到量子位。为了实验比较的目的，微波可以通过光子链路或规则的同轴线路由到量子位元。天富登录注册

 

光纤实验中使用的“跨通”量子位是一种嵌在三维储层或腔体中的约瑟夫森结装置。这个结由两个被绝缘体隔开的超导金属组成。在某些条件下，电流可以穿过结并来回振荡。通过应用一定的微波频率，研究人员可以驱动量子比特在低能态和激发态之间(数字计算中是1或0)。这些状态是基于库伯对的数量-具有相反性质的束缚电子对-“隧穿”跨越结。

 

NIST团队进行了两种类型的实验，利用光子链路产生微波脉冲来测量或控制量子比特的量子状态。该方法基于两种关系:微波在腔内自然地来回反射的频率，即共振频率，取决于量子位态。量子位开关状态的频率取决于腔内光子的数量。

 

研究人员通常从微波发生器开始实验。为了控制量子比特的量子状态，电光调制器将微波转换为更高的光频率。这些光信号通过光纤从室温到流4开尔文(- 269 C或- 452 F)到20微k (k)四舍五入,尽可能的在那里降落在高速半导体光电探测器,光信号转换回微波,然后发送到量子电路。

 

在这些实验中，研究人员以量子比特的固有共振频率向其发送信号，使其进入所需的量子态。当有足够的激光功率时，量子比特会在基态和激发态之间振荡。

 

为了测量量子比特的状态，研究人员使用红外激光器发射特定功率级的光，通过调制器、光纤和光探测器来测量腔的共振频率。