量子技術に向けた小型・高性能共振器アレイを開発(Smaller, smarter building blocks for future quantum technology)

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2025-04-17 スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)

スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)の研究チームは、次世代量子技術の基盤となる「共振器アレイ(CCA)」の新設計を開発した。高運動インダクタンスを持つニオブ窒化物(NbN)を用いることで、各共振器を小型化しつつ、周波数の乱れを最小限に抑えることに成功。最大100個の高品質キャビティを集積したアレイで、光をエッジに沿って制御伝送するフォトニック・トポロジカル・インシュレーターも模倣した。この成果は量子コンピューティングおよび量子シミュレーションの高精度化と小型化に貢献し、将来的な人工原子の統合にもつながると期待される。

<関連情報>

コンパクトなバンドエンジニアリングとトポロジーベースの無秩序計のための高運動学的インダクタンス空洞アレイ High kinetic inductance cavity arrays for compact band engineering and topology-based disorder meters

Vincent Jouanny,Simone Frasca,Vera Jo Weibel,léo Peyruchat,Marco Scigliuzzo,Fabian Oppliger,Franco De Palma,Davide Sbroggiò,Guillaume Beaulieu,Oded Zilberberg &Pasquale Scarlino
Nature Communications  Published:16 April 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-58595-8

量子技術に向けた小型・高性能共振器アレイを開発(Smaller, smarter building blocks for future quantum technology)

Abstract

Superconducting microwave metamaterials offer enormous potential for quantum optics and information science, enabling the development of advanced quantum technologies for sensing and amplification. In the context of circuit quantum electrodynamics, such metamaterials can be implemented as coupled cavity arrays (CCAs). In the continuous effort to miniaturize quantum devices for increasing scalability, minimizing the footprint of CCAs while preserving low disorder becomes paramount. In this work, we present a compact CCA architecture using superconducting NbN thin films manifesting high kinetic inductance. The latter enables high-impedance CCA (~1.5 kΩ), while reducing the resonator footprint. We demonstrate its versatility and scalability by engineering one-dimensional CCAs with up to 100 resonators and with structures that exhibit multiple bandgaps. Additionally, we quantitatively investigate disorder in the CCAs using symmetry-protected topological SSH edge modes, from which we extract a resonator frequency scattering of 0.22+0.04−0.03%. Our platform opens up exciting prospects for analog quantum simulations of many-body physics with ultrastrongly coupled emitters.

0403電子応用
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