Forskere opnår kvantekontrol af en oscillator ved hjælp af et Josephson-kredsløb

Superledende kredsløb, som har nul elektrisk modstand, kunne muliggøre udvikling af elektroniske komponenter, der er væsentligt mere energieffektive end de fleste chips, der bruges i dag. Vigtigt, superledende kredsløb er afhængige af et elektronisk element kendt som Josephson junction, som giver dem mulighed for at manipulere kvanteinformation og mediere fotoninteraktioner. Mens tidligere undersøgelser har forsøgt at forbedre ydeevnen og sammenhængen af ​​Josephson-kredsløb, indtil nu, de mest lovende resultater med hensyn til fotons levetid blev opnået i mikrobølgehulrum.

Et team af forskere ved Princeton University, Northwestern University og University of Chicago har direkte betjent en oscillator ved hjælp af en stimuleret Josephson ikke-linearitet. I deres papir, udgivet i Naturfysik , holdet opnåede kvantekontrol af en oscillator ved at betjene den som et isoleret to-niveau system, skræddersy sit Hilbert-rum.

"Vores forskning var motiveret af den igangværende indsats i superledende kredsløbssamfund for at konstruere meget sammenhængende qubits til kvanteinformation, " Prof. Andrew Houck, en af ​​de forskere, der har udført undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Der har været enorme fremskridt med at designe lineære mikrobølgeresonatorer, der kan udkonkurrere sammenhængen af ​​konventionelle superledende qubits."

Prof. Houck og hans kolleger har forsøgt at komme med smarte strategier til at konstruere mikrobølgehulrum som effektive to-niveau systemer. Den metode, de foreslog i deres papir, kunne give forskere mulighed for at udnytte nogle af egenskaberne ved disse hulrum, inklusive deres forbedrede fotons levetid, ved at introducere en ny form for ikke-linearitet.

"Vi opnår kontrol over de kvantetilstande, der er kodet i den enkelte excitationssektor af oscillatoren, ved at forstyrre de højere energiniveauer af den harmoniske stige, " Prof. Houck forklarede. "Nøgleingrediensen er at anvende Josephson-krydset som et bølgeblandingselement til at hybridisere oscillatorens to-foton-tilstand med en-foton-tilstanden i en hjælpetilstand."

Ved at implementere en flux-tunerbar induktiv kobling mellem to resonatorer, Prof. Houck og hans kolleger kørte selektivt Rabi de laveste egentilstande. Dette var resultatet af den dynamiske aktivering af en tre-bølge interaktion via en proces kendt som parametrisk fluxmodulation.

"Det var opmuntrende at se, at de eksperimentelle observationer perfekt matchede vores teoretiske forudsigelser for, hvad ikke-lineariteten ville gøre ved oscillatorens energispektrum, og at ikke-lineariteten i sig selv ikke har nogen skadelig effekt på den inducerede qubit-levetid, " Andrei Vrajitoarea, en anden forsker, der udførte undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Fra et hardwareperspektiv, mikrobølgeresonatorer er en billigere ressource sammenlignet med Josephson junction-kredsløb."

Den nye tilgang til styring af oscillatorer introduceret af Prof. Houck, Vrajitoarea og deres kolleger kan have vigtige konsekvenser for udviklingen af ​​nye arkitekturer til kvanteinformation og simulering med superledende kredsløb. Deres arbejde tilbyder i sidste ende en alternativ og meget lovende vej til at konstruere en række meget sammenhængende anharmoniske oscillatorer på en hardwareeffektiv måde, ved hjælp af et enkelt Josephson-koblingskredsløb.

"En oplagt vej fremad er at implementere denne ikke-linearitet i et meget sammenhængende 3-D-hulrum og studere reduktionen i tab, " sagde Vrajitoarea. "Vi er også begejstrede for at udnytte denne ikke-linearitet til at stimulere og kontrollere fotoninteraktioner i et gitter af koblede hulrum som en platform til at simulere stærkt korrelerede kvantematerialer."

© 2019 Science X Network