一种低温稀释冰箱。基本温度是10毫开尔文。信用:安德里亚·班科拉，阿米尔·尤塞菲(EPFL)在过去的几年里，包括谷歌、微软和IBM在内的几家科技公司已经在基于微波超导电路平台的量子计算系统上进行了大量投资，试图将它们从面向小型研究的系统扩展到商业化的计算平台。但是实现量子计算机的潜力需要量子比特数量的显著增加，量子比特是量子计算机的组成部分，可以存储和操纵量子信息。但是量子信号会被电子运动产生的热噪声污染。为了防止这种情况，超导量子系统必须在超低温下运行——低于20毫开尔文——这可以通过低温氦稀释冰箱来实现。
来自这种系统的输出微波信号在低温下被低噪声高电子迁移率晶体管放大。然后通过微波同轴电缆将信号路由到冰箱外部，微波同轴电缆是控制和读取超导设备最简单的解决方案，但它是较差的热隔离器，并且占用大量空间；当我们需要放大成千上万个量子比特时，这就成了一个问题。
EPFL基础科学学院的托比亚斯·基彭伯格教授团队的研究人员现在已经开发出一种新的方法，利用光来重建超导电路，从而克服量子系统的缩放挑战。这项工作发表在《自然电子》上。
科学家们分别用铌酸锂电光相位调制器和光纤取代了HEMT放大器和同轴电缆。来自超导电路的微波信号调制激光载波，并在低温下对输出光的信息进行编码。光纤的隔热性能是同轴电缆的100倍，体积也是同轴电缆的100倍。这使得大规模量子系统的工程化成为可能，而不需要巨大的低温冷却能力。此外，微波信号直接转换到光域有助于量子系统之间的远程传输和联网。
“我们演示了一个原理验证实验，使用一种新的光学读出协议在低温下光学测量超导设备，”从事该项目的博士生阿米尔·优素福说。"它开辟了一条新的途径来扩展未来的量子系统."为了验证这种方法，研究小组在超导机电电路上进行了传统的相干和非相干光谱测量，结果表明光学测量和传统的HEMT测量完全一致。
尽管该项目使用了商用电光相位调制器，但研究人员目前正在开发基于集成铌酸锂技术的先进电光器件，以显著提高其方法的转换效率和降低噪声。
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