量子計(jì)算的未來、人類制造強(qiáng)大超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)的秘密，可能就蘊(yùn)藏在最普通的電信設(shè)備——光纖上。物理學(xué)家用導(dǎo)電纖維代替金屬電線，測(cè)量和控制了一個(gè)超導(dǎo)量子比特，為將一百萬量子比特封裝到量子計(jì)算機(jī)中打下了基礎(chǔ)。

超導(dǎo)電路是用來制造量子計(jì)算機(jī)的先進(jìn)技術(shù)，但這些電路必須在低溫下工作，將它們連接到室溫電子設(shè)備的方案很復(fù)雜，而且容易使量子位過熱。一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的通用量子計(jì)算機(jī)預(yù)計(jì)需要大約100萬個(gè)量子比特，但傳統(tǒng)低溫儀帶的金屬接線最多只能支持?jǐn)?shù)千臺(tái)。

光纖是電信網(wǎng)絡(luò)的骨干，它有玻璃或塑料芯，可以攜帶大量的光信號(hào)，而不需要導(dǎo)熱。但是超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)使用微波脈沖來存儲(chǔ)和處理信息，所以需要將光精確地轉(zhuǎn)換成微波。

為了解決這個(gè)問題，NIST的研究人員將光纖與其他一些標(biāo)準(zhǔn)組件結(jié)合起來，這些組件可以在單個(gè)粒子或光子的水平上轉(zhuǎn)換、傳輸和測(cè)量光，然后很容易地轉(zhuǎn)換成微波。該系統(tǒng)不僅能正常工作，而且還保持了量子比特的脆弱量子態(tài)。

在這些實(shí)驗(yàn)中，研究人員以量子比特的自然共振頻率向量子比特發(fā)送信號(hào)，使其進(jìn)入所需的量子狀態(tài)。當(dāng)激光功率足夠時(shí)，量子比特在基態(tài)和激發(fā)態(tài)之間振蕩。

研究人員首先在抑制激光功率的情況下啟動(dòng)量子比特振蕩，然后利用光子鏈路向腔中發(fā)送微弱的微波脈沖。腔頻率在98%的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確地指示了量子比特的狀態(tài)，與使用普通同軸線獲得的精度相同。

研究人員設(shè)想了一種量子處理器，在這種處理器中，光纖中的光在量子比特之間傳輸信號(hào)，每根光纖都有能力在量子比特之間傳輸成千上萬的信號(hào)。

研究于3月24日發(fā)表在《自然》上，標(biāo)題為“Control and readout of a superconducting qubit using a photonic link”(利用光子鏈控制和讀出超導(dǎo)量子比特)，通訊作者為博爾德國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的F. Lecocq。

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