《哈佛团队开发微波光学量子换能器,推动量子网络发展》

  • 编译者: AI智能小编
  • 发布时间:2025-04-10
  • 哈佛大学的研究团队开发了一种创新的微波光学量子换能器,旨在为噪声敏感的微波量子计算机提供强大的光学接口。这一装置弥合了微波与光子之间的能量差异,使数公里外的光信号能够控制微波量子比特,是首个仅依赖光学手段控制超导量子比特的设备。其成功标志着模块化、分布式量子计算网络的重要进展。 该换能器利用铌酸锂材料的独特属性,通过连接微波谐振器与两个光学谐振器来实现能量交换,消除了传统微波电缆的需求。这种2毫米大小的装置被安装在一个约2厘米长的芯片上,不仅可用于控制量子比特的状态,还能读取状态或直接建立链接,将量子信息转化为稳定的光包。 研究强调,光子因其低损耗和高带宽特性,是未来量子网络中最佳的信息载体。尽管完全实现这些系统仍需时间,但找到扩展和组件间交互的有效途径至关重要。未来的研究计划包括利用光可靠地产生并分配微波量子比特间的纠缠态,这将进一步推动低损耗、高功率光网络连接的超导量子处理器的发展。
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  • 《首次实现微波光子和光学光子的纠缠》

    • 来源专题:量子信息科技
    • 编译者:于杰平
    • 发布时间:2023-06-27
    •  2023年5月18日,奥地利科学和技术研究所的研究团队设计及制作了一种光电装置,并演示了在不同能量尺度的光子间建立纠缠。这个新的突破可以在能量尺度相差五个数量级以上的物理平台之间架起桥梁,并保持脆弱的纠缠,这将为有效连接混合量子系统提供途径。该成果于5月18日发表在《科学》杂志上。   量子计算机有望解决材料科学和密码破译带来的算力挑战,但由于需要纠错,将可能需要数百万个高质量的量子比特。超导处理器的进展很快,目前的量子比特数量最高可达几百个。虽然超导量子技术具有计算速度快、与微纳芯片制造兼容等优点,但对超低温的需求最终限制了其尺寸,并且一旦冷却下来就无法对其进行任何物理访问。具有多个可单独冷却的处理器节点的模块化量子计算机可以解决这个问题。然而,单个微波光子并不适合在处理器之间通过室温环境传输,这是由于室温环境充满了噪声热量,很容易扰乱微波光子及其脆弱的量子特性,如纠缠。   奥地利科学技术研究所与维也纳理工大学和慕尼黑工业大学的研究人员合作,展示了克服这些挑战的重要技术进展。首先需要解决的是热噪声问题。当量子比特和相关控制线路越多时,产生的热量就越多,使用制冷机保持量子计算机的冷却就越难。该团队采用多个制冷机相互连接的方法解决该问题,即每个量子处理器配有自己的制冷机。其次,研究人员设计并制作了使得微波光子与光学光子纠缠的实验装置,即一个由非线性晶体制成光学谐振腔,其外是一个超导腔。当对晶体腔注入激光信号时,腔会输出光学光子和微波光子。“这个实验的挑战在于光学光子的能量大约是微波光子的2万倍,”文章第一作者Sahu解释说。为了解决这个问题,研究人员建造了一个比以前更庞大的超导装置,不仅避免了超导性的破坏,还有助于更有效地冷却该装置,并在光学激光脉冲的短时标内保持低温。通过测量他们发现离开腔的两个光子(光学和微波光子)是纠缠在一起的。   “我们是第一个将能量差异如此之大的光子纠缠在一起的团队,”项目负责人Fink说,“这是创建量子网络的关键一步,也对其他量子技术(如量子增强传感)有用。” 论文链接: https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg3812 报道链接: https://phys.org/news/2023-05-wiring-quantum-circuits.html
  • 《美国国家科学基金会(NSF)通过其“量子信息科学与工程扩展能力”(ExpandQISE)项目投资3900万美元,以支持美国更多机构发展量子研究活动》

    • 编译者:李晓萌
    • 发布时间:2024-10-20
    • 近日,美国国家科学基金会(NSF)通过其“量子信息科学与工程扩展能力”(ExpandQISE)项目投资3900万美元,以帮助美国更多机构发展量子研究活动。这笔投资将资助23个研究项目,旨在在量子计算、传感器和材料等领域开辟新天地。这笔资金将通过研究密集型机构已建立的QISE项目与寻求建立量子研究和开发基础设施的机构即将推出的项目之间的伙伴关系,直接支持研究、培训和教育活动。 美国国家科学基金会主任Sethuraman Panchanathan表示:“保持我国在量子信息科学领域的全球领先地位,要求我们吸引来自每个美国社区的全方位人才。”。“NSF ExpandQISE计划同时加强了量子劳动力,并投资于科学技术进步,这将成为量子未来的基础。” 美国国家科学基金会制定了ExpandQISE计划,以支持“2018年国家量子倡议法案”中概述的优先事项,该法案的颁布是为了加快量子研究和开发,以促进美国的长期经济和国家安全。ExpandQISE旨在通过减少参与障碍,增加从事量子研究的美国机构的多样性和广度,加快以量子为重点的研究。 这23项新拨款将为美国众多高等教育机构的教职员工提供支持,其中包括: ·七个州参与了NSF的“激励竞争研究计划”,该计划侧重于历史上获得的联邦研究资金较少的领域。 ·19所学院或大学被归类为新兴研究机构,即拥有既定本科或研究生课程但每年联邦支持的研究支出低于5000万美元的机构。 ·七所少数族裔服务机构,包括四所历史悠久的黑人学院和大学以及三所西班牙裔服务机构。 ExpandQISE通过两个独立的轨道提供奖项。Track 2为研究团队提供更大的奖励。Track 1为个人研究人员提供较小的奖励。 ExpandQISE track 2奖项(五年内最高500万美元) ·在佛罗里达农业与机械大学开发量子信息科学与工程研究和教育项目。 ·整合量子未来的研究和教育途径:北亚利桑那大学QISE教育自旋声子量子态的合成、控制和读出。 ·佛罗里达农业与机械大学量子流体和固体作为量子科学与工程平台。 ·南达科他矿业与技术学院用于量子通信的紧凑、高效纠缠光子对生成的2D材料、异质结构和超表面。 ·布林莫尔学院量子材料与传感研究与教育中心。 ExpandQISE track 1奖项(三年内最高80万美元) ·迈阿密大学用于量子计量的明亮、高度偏振压缩光束。 ·田纳西大学查塔努加分校通过在商业量子网络上的八个节点之间创建多方纠缠来演示海森堡标度的分布式量子传感。 ·伍斯特理工学院量子云系统和网络支持的教育和研究。 ·北卡罗来纳州立农业技术大学为量子信号转导和通信设计的混合磁共振工程定制模式。 ·在纽约市立大学亨特学院探索持久自旋螺旋和缺陷自旋量子比特之间的量子信息交换相互作用。 ·加州大学默塞德分校通过自旋翻转Bethe-Salpeter方程方法计算量子缺陷的第一性原理。 ·罗德岛大学用于模块化量子信息处理的混合固态量子比特系统。 ·密苏里大学圣路易斯分校将单分子集成到二维材料中,以实现量子器件。 ·杰克逊州立大学少数族裔参与者量子传感研究和教育合作。 ·圣路易斯大学用于推进量子比特平台的量子材料微波谐振探头。 ·北达科他大学相对论量子化学的量子算法。 ·圣地亚哥大学柔性光场中玻色-爱因斯坦凝聚体的量子模拟。 ·罗切斯特理工学院量子编译:通过输入自适应和机器学习提高性能和可扩展性。 ·罗德岛大学量子近似优化算法中的量子关联及其实现。 ·克拉克森大学量子行走在算法和协议设计中的优势。 ·北达科他大学用于量子传感和网络的光谱多路复用光子对源。 ·Rowan大学用于量子传感的强相关分子量子比特。 ·查尔斯顿学院量子材料中的拓扑声子动力学和控制。