利用光子链控制和读出超导量子比特

量子计算的未来、人类制造强大超导量子计算机的秘密，可能就蕴藏在最普通的电信设备——光纤上。物理学家用导电纤维代替金属电线，测量和控制了一个超导量子比特，为将一百万量子比特封装到量子计算机中打下了基础。

超导电路是用来制造量子计算机的先进技术，但这些电路必须在低温下工作，将它们连接到室温电子设备的方案很复杂，而且容易使量子位过热。一台标准的通用量子计算机预计需要大约100万个量子比特，但传统低温仪带的金属接线最多只能支持数千台。

光纤是电信网络的骨干，它有玻璃或塑料芯，可以携带大量的光信号，而不需要导热。但是超导量子计算机使用微波脉冲来存储和处理信息，所以需要将光精确地转换成微波。

为了解决这个问题，NIST的研究人员将光纤与其他一些标准组件结合起来，这些组件可以在单个粒子或光子的水平上转换、传输和测量光，然后很容易地转换成微波。该系统不仅能正常工作，而且还保持了量子比特的脆弱量子态。

在这些实验中，研究人员以量子比特的自然共振频率向量子比特发送信号，使其进入所需的量子状态。当激光功率足够时，量子比特在基态和激发态之间振荡。

研究人员首先在抑制激光功率的情况下启动量子比特振荡，然后利用光子链路向腔中发送微弱的微波脉冲。腔频率在98%的时间内准确地指示了量子比特的状态，与使用普通同轴线获得的精度相同。

研究人员设想了一种量子处理器，在这种处理器中，光纤中的光在量子比特之间传输信号，每根光纤都有能力在量子比特之间传输成千上万的信号。

研究于3月24日发表在《自然》上，标题为“Control and readout of a superconducting qubit using a photonic link”(利用光子链控制和读出超导量子比特)，通讯作者为博尔德国家标准与技术研究所的F. Lecocq。

相关链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03268-x