Mikroskopisk trampolin kan hjælpe med at skabe netværk af kvantecomputere

Tag et spring:En mikroskopisk trampolin kan hjælpe ingeniører med at overvinde en stor hindring for kvantecomputere, forskere fra CU Boulder og National Institute of Standards and Technology (NIST) rapporterer i en ny undersøgelse.

Forskningen retter sig mod et vigtigt trin for praktisk kvanteberegning:Hvordan kan du konvertere mikrobølgesignaler, såsom dem, der er produceret af kvantechips fremstillet af Google, Intel og andre tech -virksomheder, ind i lysstråler, der vandrer ned ad fiberoptiske kabler? Forskere ved JILA, et fælles institut for CU Boulder og NIST, tror, ​​de har svaret:De designede en enhed, der bruger en lille plade til at absorbere mikrobølgeenergi og hoppe den ind i laserlys.

Enheden kan springe dette hul effektivt, også, sagde JILA -kandidatstuderende Peter Burns. Han og hans kolleger rapporterer, at deres kvantetrampolin kan konvertere mikrobølger til lys med tæt på en 50 procent succesrate - en nøgletærskel, som eksperter siger, at kvantecomputere skal opfylde for at blive dagligdags værktøjer.

Burns sagde, at hans teams forskning en dag kunne hjælpe ingeniører med at forbinde enorme netværk af kvantecomputere.

"I øjeblikket, der er ingen måde at konvertere et kvantesignal fra et elektrisk signal til et optisk signal, "sagde Burns, en af ​​to hovedforfattere til det nye studie. "Vi forventer en vækst i kvanteberegning og forsøger at oprette et link, der kan bruges til disse netværk."

Quantum oversættelse

Sådanne netværk er i horisonten. I løbet af det sidste årti, flere tech -firmaer har gjort indhug i at designe prototype kvantechips. Disse enheder koder information i det, forskere kalder qubits, et mere kraftfuldt opbevaringsværktøj end de traditionelle bits, der kører din hjemmebærbare computer. Men at få informationen ud af sådanne chips er en vanskelig bedrift, sagde Konrad Lehnert fra JILA og medforfatter til den nye forskning.

Fordi interferens udefra let kan forstyrre kvantesignaler, "Du skal være forsigtig og skånsom med de oplysninger, du sender, sagde Lehnert, en NIST -fyr.

En stor udfordring ligger i oversættelse. Top-of-the-line quantum chips som Googles Bristlecone eller Intels Tangle Lake sender data i form af fotoner, eller små pakker med lys, der vakler ved mikrobølgefrekvenser. Meget af moderne kommunikation, imidlertid, er afhængig af fiberoptiske kabler, der kun kan sende optisk lys.

I forskning offentliggjort i dag i Naturfysik , JILA-gruppen nærmede sig denne udfordring med at montere en firkantet pind i et rundt hul med en lille plade lavet af siliciumnitrid. Teamet rapporterer, at zapping af en sådan trampolin med en stråle af mikrobølgefotoner får den til at vibrere og skubbe fotoner ud fra den anden ende - bortset fra at disse fotoner nu ryster ved optiske frekvenser.

Forskerne var i stand til at opnå det hop, spring og spring med en effektivitet på 47 procent, hvilket betyder, at for hver to mikrobølgefotoner, der rammer pladen, tæt på en optisk foton kom ud. Det er en meget bedre ydeevne end andre metoder til at konvertere mikrobølger til lys, såsom ved hjælp af krystaller eller magneter, Burns sagde.

Han tilføjede, at det, der virkelig er imponerende ved enheden, er dens stilhed. Selv i de ultrakolde laboratoriefaciliteter, hvor kvantechips opbevares, spormængder af varme kan få holdets trampolin til at ryste. At, på tur, sender overskydende fotoner ud, der forurener signalet. For at slippe af med rodet, forskerne opfandt en ny måde at måle den støj på og trække den fra deres lysstråler. Det, der er tilbage, er et bemærkelsesværdigt rent signal.

"Det, vi gør, er at måle den støj på enhedens mikrobølgeovn, og det giver os mulighed for at skelne på den optiske side mellem signalet og støj, "Sagde Burns.

Får netværk

Teamet skal reducere støjen endnu mere, for at trampolinen kan blive et praktisk værktøj. Men det har potentiale til at muliggøre en masse netværk. Selv med de seneste fremskridt inden for kvantechips, moderne enheder har stadig begrænset behandlingsevne. En måde at komme udenom på er at forbinde mange mindre chips til en enkelt nummer-cruncher, Sagde Lehnert.

"Det er klart, at vi bevæger os mod en fremtid, hvor vi vil have lidt prototype kvantecomputere, "Lehnert sagde." Det vil være en kæmpe fordel, hvis vi kan netværke dem sammen. "