量子物理学：超伝導キュービットから光学光子への変換

電気信号や光信号の変換は、世界規模のインターネットの基礎である。そうした変換器は、長距離光ファイバー通信システムの到達距離を延ばすために使われたり、コンピューターの高速光ネットワーキング用のデータセンター内で使われたりしている。同様に、単一光子のマイクロ波から光へのコヒーレントな変換によって、遠隔接続された超伝導量子プロセッサー間での量子状態の交換が可能になると思われる。しかし、量子ネットワーキングの将来性にもかかわらず、そうした変換過程における超伝導キュービットを用いた脆弱な量子状態の維持はこれまで実現されていない。今回我々は、超伝導キュービットの一種であるトランズモンの、マイクロ波周波数での励起による光学光子への変換を実証する。これは、中継用のナノ機械共振器を用いて、キュービットを圧電相互作用によって電気的に励起して単一フォノンに変換した後、フォノンを輻射圧を用いて光学光子に変換することで達成された。我々は、キュービットの量子ラビ振動を、光ファイバーを介した放射光の単一光子検出を通して記録することにより、キュービットからの光学光子生成を実証した。今回提案されたデバイスの改良と、外部の測定装置を用いることで、そうした量子トランスデューサーを使用して、新しい複合量子ネットワークや、最終的には分散型量子コンピューターを実現できる可能性がある。

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