Supergeleidende circuits, die geen elektrische weerstand hebben, zou de ontwikkeling mogelijk maken van elektronische componenten die aanzienlijk energiezuiniger zijn dan de meeste chips die tegenwoordig worden gebruikt. belangrijk, supergeleidende circuits zijn afhankelijk van een elektronisch element dat bekend staat als de Josephson-junctie, waardoor ze kwantuminformatie kunnen manipuleren en fotoninteracties kunnen bemiddelen. Hoewel eerdere studies hebben geprobeerd de prestaties en coherentie van Josephson-circuits te verbeteren, tot dusver, de meest veelbelovende resultaten in termen van levensduur van fotonen werden bereikt in microgolfholten.

Een team van onderzoekers van Princeton University, Northwestern University en de University of Chicago hebben een oscillator rechtstreeks bediend met behulp van een gestimuleerde Josephson-niet-lineariteit. In hun krant gepubliceerd in Natuurfysica , het team bereikte kwantumcontrole van een oscillator door het te gebruiken als een geïsoleerd systeem met twee niveaus, het afstemmen van de Hilbert-ruimte.

"Ons onderzoek werd gemotiveerd door de voortdurende inspanningen in de gemeenschap van supergeleidende circuits om zeer coherente qubits voor kwantuminformatie te ontwikkelen, " Prof. Andrew Houck, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Er is enorme vooruitgang geboekt bij het ontwerpen van lineaire microgolfresonatoren die de coherentie van conventionele supergeleidende qubits kunnen overtreffen."

Prof. Houck en zijn collega's hebben geprobeerd slimme strategieën te bedenken om microgolfholten te ontwerpen als effectieve systemen op twee niveaus. De methode die ze in hun paper voorstelden, zou onderzoekers in staat kunnen stellen enkele van de eigenschappen van deze holtes te benutten, inclusief hun verbeterde levensduur van fotonen, door een nieuw soort niet-lineariteit te introduceren.

"We bereiken controle over de kwantumtoestanden die zijn gecodeerd in de enkele excitatiesector van de oscillator door de hogere energieniveaus van de harmonische ladder te verstoren, "Prof. Houck legde uit. "Het belangrijkste ingrediënt is het gebruik van de Josephson-junctie als een golfmengend element om de twee-fotontoestand van de oscillator te hybridiseren met de één-fotontoestand van een hulpmodus."

Door een flux-afstembare inductieve koppeling tussen twee resonatoren te implementeren, Prof. Houck en zijn collega's reden selectief Rabi de laagste eigentoestanden. Dit was het resultaat van de dynamische activering van een interactie met drie golven via een proces dat bekend staat als parametrische fluxmodulatie.

"Het was bemoedigend om te zien dat de experimentele waarnemingen perfect overeenkwamen met onze theoretische voorspellingen voor wat de niet-lineariteit zou doen met het energiespectrum van de oscillator en dat de niet-lineariteit zelf geen nadelig effect heeft op de geïnduceerde qubit-levensduur, " Andrei Vrajitogebied, een andere onderzoeker die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Vanuit een hardwareperspectief, microgolfresonatoren zijn een goedkoper hulpmiddel in vergelijking met Josephson-junctiecircuits."

De nieuwe benadering voor het besturen van oscillatoren geïntroduceerd door Prof. Houck, Vrajitoarea en hun collega's kunnen belangrijke implicaties hebben voor de ontwikkeling van nieuwe architecturen voor kwantuminformatie en simulatie met supergeleidende circuits. Hun werk biedt uiteindelijk een alternatief en veelbelovend pad voor de engineering van een verscheidenheid aan zeer coherente anharmonische oscillatoren op een hardware-efficiënte manier, met behulp van een enkel Josephson-koppelingscircuit.

"Een voor de hand liggende weg voorwaarts is om deze niet-lineariteit in een zeer coherente 3D-holte te implementeren en de vermindering van verliezen te bestuderen, " Zei Vrajitoarea. "We zijn ook enthousiast over het benutten van deze niet-lineariteit voor het stimuleren en beheersen van fotoninteracties in een rooster van gekoppelde holtes als een platform voor het simuleren van sterk gecorreleerde kwantummaterialen."

© 2019 Wetenschap X Netwerk