ได้แสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์ที่มีจำหน่ายในท้องตลาดที่เรียกว่าตัวปรับแสงไฟฟ้าสามารถใช้อ่านเอาต์พุตของคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีตัวนำยิ่งยวดได้ที่อุณหภูมิต่ำมาก การใช้สัญญาณออปติคัลแทนวิธีการทางไฟฟ้าทั้งหมดจะจัดการกับส่วนประกอบทางไฟฟ้าที่มีภาระความร้อนสูง ซึ่งทราบกันดีว่าลดประสิทธิภาพโดยรวมของอุปกรณ์ การแสดงให้เห็นว่าระบบออปติกสามารถทำงานได้ในระดับที่สูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์
เพียงเล็กน้อย
ผลลัพธ์ที่ได้อาจเปิดเส้นทางใหม่ในการปรับขนาดคอมพิวเตอร์ควอนตัม ใยแก้วนำแสงส่งแสงผ่านกระบวนการที่มีประสิทธิภาพสูงของการสะท้อนกลับทั้งหมด และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมโทรคมนาคม เนื่องจากเครือข่ายไฟเบอร์มีข้อมูลจำนวนมากและมีสัญญาณขาดหายต่ำ
จึงเหมาะสำหรับการถ่ายโอนข้อมูลในระยะทางไกล เมื่อเทคโนโลยีไฟเบอร์ดีขึ้น ประโยชน์เหล่านี้ถูกนำไปใช้กับการถ่ายโอนข้อมูลในระยะทางที่สั้นลงมากขึ้นเช่นกัน เช่น การเชื่อมต่อระหว่างบ้านและเครือข่ายไฟเบอร์ออปติก และการเชื่อมต่อออปติกในอุปกรณ์ระดับชิป
ส่วนประกอบออปติคอลมีขนาดเล็กและเบากว่าสายไฟฟ้านำความร้อนขนาดใหญ่ และโหลดความร้อนต่ำทำให้น่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับนักพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้ควอนตัมบิตตัวนำยิ่งยวด (คิวบิต) ในการจัดเก็บข้อมูล ในปัจจุบัน อุปกรณ์เหล่านี้ต้องการอุณหภูมิที่ต่ำมากในการทำงาน
ซึ่งทำให้เกิดคำถามเกี่ยวกับวิธีการเพิ่ม qubits ในขณะที่จัดการการกระจายความร้อนของส่วนประกอบเพิ่มเติม ไครโอเจนิก อิเล็กโทร-ออปติกเชื่อมต่อระหว่างกันเพื่อจัดการกับปัญหานี้และเพื่อนร่วมงานได้พัฒนาโซลูชันออปติคัลในตัวที่ขจัดเสียงรบกวนที่เกี่ยวข้องกับโหลดความร้อนของส่วนประกอบ
ทางไฟฟ้าโดยแทนที่ส่วนประกอบเหล่านี้ด้วยอุปกรณ์ออปติคัลที่นำความร้อนได้น้อยลง ปัจจุบัน เครื่องขยายสัญญาณไฟฟ้าซึ่งใช้ทรานซิสเตอร์ที่มีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนสูงนั้นใช้เพื่ออ่านสัญญาณไมโครเวฟที่ผลิตโดยอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวด วิธีการทางแสงใหม่แทนที่แอมพลิฟายเออร์เหล่านี้
ด้วยโมดูเลเตอร์
อิเล็กโทรออปติคอลที่มีอยู่ทั่วไป ซึ่งใช้สัญญาณไฟฟ้าเพื่อควบคุมเฟสของแสง ซึ่งหมายความว่าสัญญาณไมโครเวฟที่ผลิตโดยอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวดสามารถแปลงเป็นโดเมนออปติกเพื่ออ่านได้ที่เอาต์พุต การเปลี่ยนแปลงนี้ทำให้นักวิจัยสามารถใช้การเชื่อมต่อใยแก้วนำแสง
แทนการใช้สายโคแอกเชียลไฟฟ้า ซึ่งเป็นแหล่งความร้อนในระบบเดิม อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ได้รับประโยชน์นี้ นักวิจัยจำเป็นต้องแสดงให้เห็นว่าโมดูเลเตอร์สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิต่ำมากซึ่งอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวดต้องการ หลังจากทดสอบประสิทธิภาพของโมดูเลเตอร์ลงไปที่ 800 mK
พวกเขาแสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์นี้เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมต่อระหว่างสัญญาณไมโครเวฟของอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวดกับรูปแบบการตรวจจับด้วยแสง จากนั้น นักวิจัยได้เปรียบเทียบการออกแบบออพติคอลใหม่ของพวกเขา ซึ่งพวกเขาอธิบายไว้ใน กับรุ่นไฟฟ้าที่มีอยู่ในการทดสอบที่สำคัญสองรายการ
ในการทดสอบครั้งแรก พวกเขาใช้สเปกโทรสโกปีไมโครเวฟที่สอดคล้องกัน โดยที่เลเซอร์ทำหน้าที่เป็นปั๊มเชิงกลเพื่อผลิตสัญญาณไมโครเวฟในตัวนำยิ่งยวด เพื่อยืนยันว่าโมดูเลเตอร์สามารถแปลงสัญญาณเป็นการอ่านค่าด้วยแสงได้ ในการทดสอบครั้งที่สอง พวกเขาใช้ออปติคัลโมดูเลเตอร์
ผู้เขียนเปรียบเทียบเอาต์พุตของอุปกรณ์ออปติคัลกับทรานซิสเตอร์แบบดั้งเดิมเพื่อแสดงให้เห็นว่า ในขณะที่ยังมีการปรับปรุงเพื่อลดสัญญาณรบกวนออปติคอล ระบบใหม่ยังคงทำหน้าที่ของแอมพลิฟายเออร์ทรานซิสเตอร์โดยลดการสูญเสียความร้อนลงอย่างมาก . ผลลัพธ์นี้เน้นคำมั่นสัญญาของวิธีการ
ทางแสง
เพื่อให้ได้อุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพซึ่งสามารถให้ความสามารถในการปรับขยายได้ในเทคโนโลยีควอนตัมของตัวนำยิ่งยวด ช่องทางใหม่สำหรับการขยายขนาดนักวิจัยระดับปริญญาเอก และผู้ร่วมเขียนรายงาน อธิบายงานนี้ว่าเป็น “การทดลองพิสูจน์หลักการโดยใช้โปรโตคอลการอ่านค่าด้วยแสงแบบใหม่
เพื่อวัดอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวดแบบออปติคัลที่อุณหภูมิเย็นจัด” เขาเสริมว่าการออกแบบ “เปิดช่องทางใหม่ในการปรับขนาดระบบควอนตัมในอนาคต” และกล่าวว่าขั้นตอนต่อไปคือการปรับปรุงการออกแบบออปติคัลโมดูเลเตอร์ โดยมีจุดประสงค์เพื่อลดสัญญาณรบกวนที่นักวิจัยเห็นในระบบที่ทดสอบ
สิ่งนี้จะเปิดทางสำหรับการปรับขนาดจำนวน ที่ทำได้ในอุปกรณ์ควอนตัมตัวนำยิ่งยวด เพื่อเชื่อมโยงอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวดซึ่งทำงานที่ 15 mK กับเครื่องตรวจจับอุณหภูมิห้อง ทำให้สามารถวัดสัญญาณไมโครเวฟที่ผลิตโดยอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวดได้โดยตรง (มูลค่าหลายร้อยล้านดอลลาร์)
จากนั้นคุณต้องขุดโพรงขนาดมหึมาที่ลึกมากเพื่อใช้เป็นที่เก็บเครื่องตรวจจับของคุณ เป็นอีกครั้งที่ความโชคดีมหาศาลนำเราไปสู่บริษัททำเหมืองนิกเกิล INCO ซึ่งอดทนต่อนักฟิสิกส์กลุ่มหนึ่งอย่างเหนือธรรมชาติที่ทำสิ่งแปลกๆ ในเหมืองที่ทำกำไรได้มหาศาล ในที่สุด เมื่อคุณได้เงินหลายล้านดอลลาร์
เพื่อเป็นเงินทุนสำหรับทั้งหมดนี้แล้ว คุณก็มาถึงส่วนที่ยาก นั่นคือการสร้างเครื่องตรวจจับเองความยากลำบากเกิดขึ้นเนื่องจากปฏิกิริยาพื้นหลังตามธรรมชาติที่สามารถเลียนแบบสัญญาณนิวตริโนได้ รังสีแกมมาที่เกิดจากการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียมและทอเรียมที่มีอยู่ทั่วไป
เป็นปัญหาเฉพาะ เนื่องจากพวกมันสามารถสลายดิวเทอรอนและปล่อยนิวตรอนที่ไม่สามารถแยกความแตกต่างจากที่ผลิตโดยปฏิกิริยากระแสเป็นกลางได้ วิธีเดียวที่จะควบคุมพื้นหลังนี้คือการสร้างเครื่องตรวจจับจากวัสดุที่คัดสรรมาเป็นพิเศษในห้องสะอาดขนาดยักษ์ ซึ่งเป็นห้องสะอาดที่อยู่ใต้ดิน 2 กม. ในเหมืองที่ใช้งานอยู่และสกปรกมาก
