Forskare tror att enskilda ljuspartiklar, eller fotoner, är idealiska för att skicka kvantinformation. Kodad med kvantdata, de kunde bokstavligen överföra information med ljusets hastighet. Dock, medan fotoner skulle göra stora bärare på grund av deras hastighet, de gillar inte att interagera med varandra, vilket gör det svårt att uppnå kvantintrassling.

Ett internationellt forskarteam från NUST MISIS, Russian Quantum Center, Ioffe Institute St. Petersburg och Karlsruhe Institute of Technology har för första gången erhållit experimentella bevis för effektiv interaktion mellan mikrovågsfotoner via supraledande qubits. Studien, publicerad i npj Quantum Materials , kan vara ett steg mot implementeringen av ett långlivat kvantminne och utvecklingen av kommersiella kvantenheter.

I deras experiment, forskarna använde fotoner med frekvensen några få GHz och våglängden på några centimeter.

"Vi använde supraledande alnar, som i grunden är konstgjorda atomer, eftersom de har visat sig starkt interagera med ljus. Interaktionen mellan naturliga atomer och naturligt ljus är svag på grund av den lilla storleken på naturliga atomer. Supraledande alnar är människobyggda; deras storlek kan nå upp till 0,1 mm, vilket gör det möjligt att avsevärt öka deras dipolmoment och polaritet, skapa en stark växelverkan mellan ljus och materia, " sa prof. Alexey Ustinov, chef för Laboratory for Superconducting Metamaterials på NUST MISIS och gruppchef på Russian Quantum Center, som var medförfattare till studien.

Supraledande qubits representerar en ledande qubit-modalitet som för närvarande eftersträvas av industri och akademi för kvantberäkningstillämpningar. Dock, de kräver milli-Kelvin (mK) temperaturer för att fungera. Den mest kraftfulla av de befintliga supraledande kvantenheterna innehåller under 100 qubits. När du lägger till qubits, antalet operationer en kvantdator kan utföra växer exponentiellt, men det maximala antalet qubits som kan integreras i en kvantdator begränsas av storleken på kylskåp som används för att kyla ner dem till driftstemperaturer. Med hänsyn till detta, forskarsamhällets ansträngningar har nyligen fokuserats på att öka processorkraften hos en kvantdator genom att överföra kvantsignaler från ett kylskåp till ett annat. För att konstruera denna transmission, forskarna kopplade en uppsättning av åtta supraledande transmon-qubits till en gemensam vågledare - en struktur som styr vågor, t.ex., ljusvågor.

"Genom att använda dedikerade flödesförspänningslinjer för varje qubit, vi etablerar kontroll över deras övergångsfrekvenser. Det härleddes och experimentellt verifierades att multipla qubits erhåller en fotonmedierad effektiv interaktion med oändligt intervall, som kan ställas in med inter-qubit-avståndet, säger Alexey Ustinov.

Kretsen för detta arbete utökar experiment med en och två qubits mot ett fullblåst kvantmetamaterial, vilket banar väg för storskaliga tillämpningar inom supraledande vågledarkvantelektrodynamik.