La lumière rencontre les circuits supraconducteurs

La lumière rencontre les circuits supraconducteurs

Un réfrigérateur à dilution cryogénique. La température de base est de 10 milli Kelvin. Crédit: Andrea Bancora, Amir Youssefi (EPFL)

Au cours des dernières années, plusieurs sociétés technologiques, dont Google, Microsoft et IBM, ont massivement investi dans des systèmes informatiques quantiques basés sur des plates-formes de circuits supraconducteurs hyperfréquences dans le but de les faire passer de petits systèmes axés sur la recherche à des plates-formes informatiques commercialisées. Mais réaliser le potentiel des ordinateurs quantiques nécessite une augmentation significative du nombre de qubits, les éléments constitutifs des ordinateurs quantiques, qui peuvent stocker et manipuler des informations quantiques.

Mais les signaux quantiques peuvent être contaminés par le bruit thermique généré par le mouvement des électrons. Pour éviter cela, les systèmes quantiques supraconducteurs doivent fonctionner à des températures ultra-basses – moins de 20 milli-Kelvin – ce qui peut être obtenu avec des réfrigérateurs cryogéniques à dilution d’hélium.

Les signaux hyperfréquence de sortie de ces systèmes sont amplifiés par des transistors à faible bruit et à mobilité électronique élevée (HEMT) à basses températures. Les signaux sont ensuite acheminés à l’extérieur du réfrigérateur par des câbles coaxiaux à micro-ondes, qui sont les solutions les plus faciles pour contrôler et lire les dispositifs supraconducteurs, mais qui sont de mauvais isolants thermiques et prennent beaucoup de place; cela devient un problème lorsque nous devons augmenter les qubits par milliers.

Les chercheurs du groupe du professeur Tobias J. Kippenberg de l’École des sciences fondamentales de l’EPFL ont maintenant développé une nouvelle approche qui utilise la lumière pour lire les circuits supraconducteurs, surmontant ainsi les défis de mise à l’échelle des systèmes quantiques. L’ouvrage est publié dans Electronique Nature.

Les scientifiques ont remplacé les amplificateurs HEMT et les câbles coaxiaux par un modulateur de phase électro-optique au niobate de lithium et des fibres optiques respectivement. Les signaux hyperfréquences des circuits supraconducteurs modulent un porteur laser et codent des informations sur la lumière de sortie à des températures cryogéniques. Les fibres optiques sont environ 100 fois meilleurs isolants thermiques que les câbles coaxiaux et sont 100 fois plus compactes. Cela permet l’ingénierie de systèmes quantiques à grande échelle sans nécessiter une énorme puissance de refroidissement cryogénique. De plus, la conversion directe des signaux micro-ondes vers le domaine optique facilite le transfert à longue portée et la mise en réseau entre les systèmes quantiques.

«Nous démontrons une expérience de preuve de principe utilisant un nouveau protocole de lecture optique pour mesurer optiquement un dispositif supraconducteur à des températures cryogéniques», explique Amir Youssefi, Ph.D. étudiant travaillant sur le projet. « Cela ouvre une nouvelle voie pour faire évoluer les futurs systèmes quantiques. » Pour vérifier cette approche, l’équipe a réalisé des mesures spectroscopiques conventionnelles cohérentes et incohérentes sur un circuit électromécanique supraconducteur, qui ont montré un accord parfait entre les mesures optiques et traditionnelles HEMT.

Bien que ce projet ait utilisé un modulateur de phase électro-optique commercial, les chercheurs développent actuellement des dispositifs électro-optiques avancés basés sur la technologie intégrée du niobate de lithium pour améliorer considérablement l’efficacité de conversion de leur méthode et réduire le bruit.


La fibre optique pourrait augmenter la puissance des ordinateurs quantiques supraconducteurs


Plus d’information:
Interconnexion électro-optique cryogénique pour dispositifs supraconducteurs, Electronique Nature (2021). DOI: 10.1038 / s41928-021-00570-4

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Ecole Polytechnique Federale de Lausanne

Citation: La lumière rencontre les circuits supraconducteurs (2021, 10 mai) récupéré le 10 mai 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-05-superconducting-circuits.html

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