Ta en studs:En mikroskopisk studsmatta kan hjälpa ingenjörer att övervinna ett stort hinder för kvantdatorer, forskare från CU Boulder och National Institute of Standards and Technology (NIST) rapporterar i en ny studie.

Forskningen inriktar sig på ett viktigt steg för praktisk kvantberäkning:Hur kan du konvertera mikrovågssignaler, som de som produceras av kvantchips från Google, Intel och andra teknikföretag, in i ljusstrålar som går ner fiberoptiska kablar? Forskare vid JILA, ett gemensamt institut för CU Boulder och NIST, tror att de har svaret:De konstruerade en enhet som använder en liten tallrik för att absorbera mikrovågsenergi och studsa den till laserljus.

Enheten kan hoppa över detta gap effektivt, för, sa JILA -doktoranden Peter Burns. Han och hans kollegor rapporterar att deras kvanttrampolin kan omvandla mikrovågor till ljus med nära 50 procents framgångsgrad - en nyckeltröskel som experter säger att kvantdatorer måste möta för att bli vardagliga verktyg.

Burns sa att hans teams forskning en dag skulle kunna hjälpa ingenjörer att länka samman enorma nätverk av kvantdatorer.

"För närvarande, det finns inget sätt att konvertera en kvantsignal från en elektrisk signal till en optisk signal, "sa Burns, en av två huvudförfattare till den nya studien. "Vi räknar med en tillväxt i kvantdatorer och försöker skapa en länk som kommer att vara användbar för dessa nätverk."

Kvantöversättning

Sådana nätverk är i horisonten. Under det senaste decenniet har flera tekniska företag har gjort inhopp i att designa prototyp kvantchips. Dessa enheter kodar information i vad forskare kallar qubits, ett kraftfullare lagringsverktyg än de traditionella bitarna som kör din hemdator. Men att få ut informationen från sådana marker är en svår bedrift, sade Konrad Lehnert från JILA och medförfattare till den nya forskningen.

Eftersom yttre störningar lätt kan störa kvantsignaler, "Du måste vara försiktig och försiktig med den information du skickar, sa Lehnert, en NIST -kille.

En stor utmaning ligger i översättning. Top-of-the-line quantum chips som Googles Bristlecone eller Intels Tangle Lake skickar ut data i form av fotoner, eller små ljuspaket, som vinglar vid mikrovågsfrekvenser. Mycket av modern kommunikation, dock, bygger på fiberoptiska kablar som bara kan skicka optiskt ljus.

I forskning publicerad idag i Naturfysik , JILA-gruppen tog sig an den utmaningen att montera en fyrkantig pinne i ett runt hål med en liten platta av kiselnitrid. Teamet rapporterar att zappning av en sådan studsmatta med en stråle av mikrovågsfotoner får den att vibrera och mata ut fotoner från dess andra ände - förutom att dessa fotoner nu skakar vid optiska frekvenser.

Forskarna kunde uppnå det hoppet, hoppa och hoppa med en effektivitet på 47 procent, vilket betyder att för varje två mikrovågsfoton som träffar plattan, närmare en optisk foton kom ut. Det är en mycket bättre prestanda än andra metoder för att konvertera mikrovågor till ljus, till exempel genom att använda kristaller eller magneter, Burns sa.

Han tillade att det som verkligen imponerar med enheten är dess tystnad. Även i de extremt kalla laboratorierna där kvantchips lagras, spårmängder värme kan få lagets studsmatta att skaka. Den där, i tur och ordning, skickar ut överskott av fotoner som förorenar signalen. För att bli av med röran, forskarna uppfann ett nytt sätt att mäta det bullret och subtrahera det från sina ljusstrålar. Det som återstår är en anmärkningsvärt ren signal.

"Det vi gör är att mäta det bullret på mikrovågssidan av enheten, och det gör att vi kan skilja på den optiska sidan mellan signalen och bruset, Sa Burns.

Få nätverk

Teamet kommer att behöva minska bullret ännu mer för att studsmattan ska bli ett praktiskt verktyg. Men det har potential att möjliggöra mycket nätverk. Även med de senaste framstegen inom kvantchips, moderna enheter har fortfarande begränsad processorkraft. Ett sätt att komma runt det är att koppla ihop många mindre marker till en enda nummer-cruncher, Sa Lehnert.

"Det är klart att vi går mot en framtid där vi kommer att ha små prototypkvantdatorer, "Lehnert sa." Det kommer att vara en stor fördel om vi kan nätverka dem tillsammans. "