Wetenschappers van Yale hebben een eenvoudig te produceren apparaat gemaakt dat geluidsgolven gebruikt om kwantuminformatie op te slaan en van de ene vorm naar de andere om te zetten. allemaal in een enkele, geïntegreerde chip.

Met het apparaat kan een supergeleidend kunstmatig atoom - een qubit - energie en kwantuminformatie uitwisselen met een hoogfrequente bulk akoestische golfresonator (HBAR). Het vermogen om fragiele kwantumgegevens op een robuuste en gemakkelijk te vervaardigen manier te manipuleren en op te slaan, is een cruciale stap in de ontwikkeling van kwantumcomputertechnologie.

Het werk is een samenwerking aan Yale tussen de laboratoria van Robert Schoelkopf, de Sterling hoogleraar Toegepaste Natuurkunde en Natuurkunde, en Peter Rakich, assistent-hoogleraar natuurkunde. Yiwen Chu, een postdoctoraal medewerker in het laboratorium van Schoelkopf, leidde de inspanning en is de eerste auteur van een studie die op 21 september in de online editie van het tijdschrift verschijnt Wetenschap .

Chu zei dat het nieuwe apparaat een qubit heeft gemaakt van supergeleidend aluminium en een mechanische resonator gemaakt met een saffierwafel. De wafer heeft twee gepolijste oppervlakken die fungeren als spiegels voor geluidsgolven.

"We ontdekten dat zelfs een enkel kwantumdeeltje van geluid, of een fonon, kan heel lang leven als het heen en weer stuitert tussen deze spiegels, " legde Chu uit. "Het kan ook worden gekoppeld aan een supergeleidende qubit die op het oppervlak van de saffier is gemaakt met behulp van een schijf van aluminiumnitride, die akoestische energie omzet in elektromagnetische energie en vice versa."

Door de combinatie van deze eigenschappen kunnen de onderzoekers kwantumtoestanden heen en weer overbrengen tussen de qubit en de mechanische resonator, voegde Chu eraan toe. Ze merkte ook op dat het nieuwe apparaat gemakkelijker te vervaardigen is dan andere systemen die supergeleidende circuits samenvoegen met mechanische beweging.

Yale-wetenschappers hebben de afgelopen jaren een reeks supergeleidende kwantumdoorbraken gemaakt, gericht op het maken van elektronische apparaten die de kwantumversie van het geïntegreerde circuit zijn. Het vermogen om die kennis te combineren met een mechanische resonator is een waardevolle stap, zei Chu.

"Bijvoorbeeld, mechanische resonatoren kunnen worden gebruikt om kwantuminformatie die wordt gegenereerd door supergeleidende qubits op een compactere en robuustere manier op te slaan, "zei ze. Ze kunnen ook worden gebruikt om supergeleidende circuits te koppelen aan andere soorten kwantumobjecten, zoals zichtbaar of infrarood licht. Het zou ons mogelijk in staat stellen om kwantuminformatie in onze circuits te creëren en deze vervolgens over lange afstanden te verzenden met behulp van licht."