将未来量子计算机连接到全球网络的新突破

艺术家微波炉光学传感器的印象。电极（左上角，金）发射传播声波，可以在光子晶体纳米云（右下）光学上光学地测量。这种装置用于在微波GHz和光学电信信号之间展示在量子噪声极限之间的相干转换过程。（信用：莫里茨福斯克。代尔夫特理工大学Kavli Nanocience研究所。）

由Delft技术大学领导的研究人员在微波和光学畴之间的信号之间转换了两个步骤。这对于将未来超导量子计算机连接到全局量子网络中，这非常令人兴趣。本周他们在自然物理和物理审查信中报告了他们的研究结果。

量子网络

微波和光学域中的信号之间的转换非常令人兴趣，特别是将未来超导量子计算机连接到全局量子网络中。量子技术中的许多领先的E FF ORT，包括超导Qubits和量子点，通过微波制度中的光子共享量子信息。虽然这允许令人印象深刻的量子控制程度，但它也会限制信息可以在损失到仅限厘米之前的现实行驶的距离。

与此同时，光学量子通信的电缆已经看到了能够提供现实世界应用的距离尺度的演示。通过在光学电信频带中传输信息，可以设想在数十段或甚至数百公里上的基于基于的量子网络。“为了将多个量子计算节点连接到量子互联网，因此能够将来自微波的量子信息转换为光学域，而返回”，Delft技术大学的Simon Gooblacher教授说，谁的团体正在引领这两个研究。“这对量子应用不仅非常有趣，而且对于经典光学和电信号之间的高效，低噪声转换也是非常有趣的。

基地

已经采取了几种有希望的方法来实现微波到光学转换器，例如通过尝试通过机械系统（振荡器）来耦合信号。但到目前为止，他们都有一个大量的热噪声背景运行。“我们已经克服了这一限制，并在出版物上的两个引导作者中，Moritz Forsch之一克服了GHz微波信号和热背景噪声的光电信频段之间的相干转换，解释道。

为此，有必要将机械振荡器冷却到量子接地状态。低热占用构成量子控制对机械状态的基础。Rob Stockill，另一个领先作者继续：'我们使用集成的片上电光 - 机械装置，该机械装置耦合由谐振微波信号驱动的表面声波到光学力学晶体。我们以Quantum接地状态初始化机械模式，这使我们能够以最小的添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是EFCECTIVE逆转到光学域的E FF。

压电材料

通过专注于使用新型压电材料，Groeblacher的团队最近在这一领域迈出了另一步。这些材料，其中由于机械应力产生电场，可能对不同载波之间的量子信息进行转换非常令人兴趣。原则上的机电耦合允许在该材料中进行微波和光学频率域之间的量子状态进行转换。因此，有希望的方法是构建集成的压电光学机械装置，然后耦合到微波电路。

“我们已经设计和表征了由磷化镓制造的这种压电椎间机械装置，其中2.9GHz机械模式耦合到电信带中的高质量因子光学谐振器。Groeboher教授说，大型电子带隙和由此新材料的低光学吸收，允许我们展示结构的量子行为。

下一步

从磷化镓（间隙）制造的装置远远超过了通常用于类似方法的GaAs或其他压电材料的电流成果。研究人员的下一步是在该参数制度中成功运行间隙装置，并进一步研究这种励磁材料的使用。考虑到宽的电子带隙和间隙的压电性能，这些研究结果为新型量子实验开放了门，以及使用这种装置用于单光子的微波 - 光学转换的这种装置。

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本质上的出版物是代尔夫特科技大学，维也纳大学，埃因霍温大学理工大学和内部。

物理审查信中的出版物是Delft技术大学，UniversitéParis-sud，Université巴黎 - 萨利大学和大学的合作。

参考：

“使用机械振荡器在Quantum Ground State中的微波 - 光学转换”由Moritz Forsch，Robert Stockill，Andreas Wallucks，IgorMarinković，克劳斯·戈特纳，Richard A. Norte，Frank Van Otten，Andrea Fiore，Kartik Srinivasan和SimonGröblacher ，2019年10月7日，自然物理.DOI：
10.1038 / S41567-019-0673-7

“磷化镓作为Quantum OptoMechanics的压电平台”由Robert Stockill，Moritz Forsch，GrégoireBeaudoin，Konstantinos Pantzas，Isabelle Sagnes，RémyBraive和Simon Graive和SimonGröberher，物理评论信件.Arxiv