對于超導(dǎo)量子比特，這發(fā)生在懸掛在天花板上的特殊圓柱形裝置中，稱為“稀釋冰箱”，其中進行計算的“量子”部分。其最底部的量子比特被冷卻到僅比絕對零度溫度高出千分之幾度 - 大約-273攝氏度。Sahu興奮地補充道，“這使得我們實驗室里的這些冰箱成為整個宇宙中最冷的地方，甚至比太空本身還要冷。

冰箱必須持續(xù)冷卻量子比特，但添加的量子比特和相關(guān)控制線路越多，產(chǎn)生的熱量就越多，保持量子計算機冷卻的難度就越大�！翱茖W(xué)界預(yù)測，在一臺量子計算機中大約有1個超導(dǎo)量子比特時，我們達到了冷卻的極限，”Sahu警告說�！皟H僅擴大規(guī)模并不是構(gòu)建更強大的量子計算機的可持續(xù)解決方案。

芬克補充說：“更大的機器正在開發(fā)中，但每次組裝和冷卻時間都變得與火箭發(fā)射相當(dāng)，只有當(dāng)處理器變冷并且沒有能力干預(yù)和糾正這些問題時，你才會發(fā)現(xiàn)問題。

量子波

“如果稀釋冰箱不能一次充分冷卻超過一千個超導(dǎo)量子比特，我們需要連接幾臺較小的量子計算機一起工作，”Fink小組的博士后，新研究的另一位第一作者劉秋解釋說�！拔覀冃枰�一個量子網(wǎng)絡(luò)。

將兩臺超導(dǎo)量子計算機連接在一起，每臺計算機都有自己的稀釋冰箱，并不像用電纜連接它們那么簡單。需要特別考慮連接以保持量子比特的量子性質(zhì)。

超導(dǎo)量子比特與微小的電流一起工作，這些電流以每秒約一百億次的頻率在電路中來回移動。它們使用微波光子（光粒子）相互作用。它們的頻率與手機使用的頻率相似。

實驗裝置與稀釋箱，超導(dǎo)腔和電光晶體分裂和糾纏光子。

問題在于，即使是少量的熱量也很容易干擾單個微波光子及其在兩個獨立的量子計算機中連接量子比特所需的量子特性。當(dāng)穿過冰箱外的電纜時，環(huán)境的熱量會使它們變得無用。

“而不是我們需要在量子計算機中進行計算的易受噪聲影響的微波光子，我們希望使用類似于可見光的更高頻率的光學(xué)光子將量子計算機聯(lián)網(wǎng)在一起，”Qiu解釋說。這些光子與通過光纖發(fā)送的光子相同，這些光纖將高速互聯(lián)網(wǎng)傳送到我們的家庭。這項技術(shù)很好理解，更不容易受到熱噪聲的影響。Qiu補充說：“挑戰(zhàn)是如何讓微波光子與光學(xué)光子相互作用以及如何糾纏它們。

分光

在他們的新研究中，研究人員使用了一種特殊的電光器件：一種由非線性晶體制成的光學(xué)諧振器，它在電場存在下會改變其光學(xué)特性。超導(dǎo)腔容納這種晶體并增強這種相互作用。

Sahu和Qiu使用激光將數(shù)十億個光子發(fā)送到電光晶體中，持續(xù)幾分之一微秒。通過這種方式，一個光學(xué)光子分裂成一對新的糾纏光子：一個光學(xué)光子的能量僅比原始光子略少，而微波光子的能量要低得多。

Sahu解釋說：“這個實驗的挑戰(zhàn)是光子的能量比微波光子多20，000倍，它們將大量能量和熱量帶入設(shè)備，然后可以破壞微波光子的量子特性。我們已經(jīng)工作了幾個月來調(diào)整實驗并獲得正確的測量結(jié)果。為了解決這個問題，研究人員建造了一個比以前的嘗試更笨重的超導(dǎo)裝置。這不僅避免了超導(dǎo)性的破壞，而且還有助于更有效地冷卻設(shè)備，并在光學(xué)激光脈沖的短時間內(nèi)保持低溫。”

Qiu解釋說：“突破在于離開設(shè)備的兩個光子 - 光學(xué)和微波光子 - 糾纏在一起。這已經(jīng)通過測量兩個光子電磁場的量子漲落之間的相關(guān)性來驗證，這些量子漲落比經(jīng)典物理學(xué)所能解釋的要強�！�

芬克說：“我們現(xiàn)在是第一個糾纏如此不同能量尺度的光子的人。這是創(chuàng)建量子網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵一步，對其他量子技術(shù)也很有用，比如量子增強傳感�！�

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