每周科技简讯

张颖珊北京量子院

2021年11月01日 01:00

每周科技简讯

用光学对超导量子比特进行非破坏读出

光子作为“飞行比特”有望用于超导量子处理器间的远距离通信，但目前用于超导器件的微波光子和用于通信的光学光子之间换能效率一直不高。

近日，美国JILA研究所的研究人员用一种电光换能器实现了transmon量子比特非破坏的光学读出。电光换能器是一个同时耦合到微波腔和光学腔的机械振子，机械振子材料采用SiN薄膜，微波腔是倒装焊的LC谐振腔，光学腔则是Fabry-Perot腔。该系统处于连续工作模式下，即这两个腔同时持续地加对应腔频与机械模式频率的差频泵浦，从而实现换能。在该实验系统中，3D transmon耦合的三维腔频率可以通过微位移器控制的蓝宝石柱子原位调节，当调节到与换能器的微波腔频率一致时，读出的微波信号通过换能器变换到光频段，再下变频成电压信号，实现对量子比特的状态读出。该方式单发读出保真度约为0.4，主要受限于最大8E-4的量子效率和量子比特10%-15%的残余激发，前者主要受限于LC电路的损耗和噪声，后者的来源主要是微波泵浦和相应的信号抵消线路衰减太少引入的热噪声。

该工作的读出效率和损耗如能进一步优化，例如提高比特退相干时间和微波-机械振子耦合强度，读取光子数有望达到单光子水平，从而进一步实现量子态传输和分布式量子计算等。

论文信息：

https://arxiv.org/abs/2110.09539v1

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