フォトンのルーター:量子ネットワーク構築に向けた新技術(A router for photons)

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2025-04-02 ハーバード大学

ハーバード大学ジョン・A・ポールソン工学・応用科学部(SEAS)の応用物理学者チームは、超伝導量子コンピュータと光ネットワークを接続する新しいフォトンルーターを開発しました。このデバイスは、マイクロ波共振器と2つの光学共振器をリンクさせ、リチウムナイオベートの特性を活用してエネルギーの双方向交換を可能にします。これにより、遠隔地からの光信号でマイクロ波量子ビットを制御することが初めて実証されました。この技術は、将来的に既存の光ファイバー通信網を活用した量子コンピューティングネットワークの構築に寄与すると期待されています。

<関連情報>

光による超伝導量子ビットのコヒーレント制御 Coherent control of a superconducting qubit using light

Hana K. Warner,Jeffrey Holzgrafe,Beatriz Yankelevich,David Barton,Stefano Poletto,C. J. Xin,Neil Sinclair,Di Zhu,Eyob Sete,Brandon Langley,Emma Batson,Marco Colangelo,Amirhassan Shams-Ansari,Graham Joe,Karl K. Berggren,Liang Jiang,Matthew J. Reagor & Marko Lončar
Nature Physics  Published:02 April 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41567-025-02812-0

フォトンのルーター:量子ネットワーク構築に向けた新技術(A router for photons)

Abstract

Quantum communications technologies require a network of quantum processors connected with low-loss and low-noise communication channels capable of distributing entangled states. Superconducting microwave qubits operating in cryogenic environments have emerged as promising candidates for quantum processor nodes. However, scaling these systems is challenging because they require bulky microwave components with high thermal loads that can quickly overwhelm the cooling power of a dilution refrigerator. Telecommunication frequency optical signals, however, can be fabricated in significantly smaller form factors to avoid challenges caused by high signal loss, noise sensitivity and thermal loads due to their high carrier frequency and propagation in silica optical fibres. Transduction of information by means of coherent links between optical and microwave frequencies is therefore critical to leverage the advantages of optics for superconducting microwave qubits, while also enabling superconducting processors to be linked with low-loss optical interconnects. Here, we demonstrate coherent optical control of a superconducting qubit. We achieve this by developing a microwave–optical quantum transducer that operates with up to 1.18% conversion efficiency with low added microwave noise, and we demonstrate optically driven Rabi oscillations in a superconducting qubit.

1600情報工学一般
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