铌酸锂量子计算来了
本文提出一种集成式转换器设计，该转换器基于平面超导谐振器，通过硅基铌酸锂机械振荡器耦合至硅光子腔。本文通过实验验证了其性能：在1微瓦连续光功率下，转导效率达0.9%，光谱带宽为14.8兆赫兹；采用短光脉冲时，引入噪声仅为两个光子，重复率可达100千赫兹。该器件可直接耦合至50欧姆传输线，且能在单芯片上扩展集成大量转换器，为分布式量子计算奠定了基础
本文基于集成机械模式构建了可扩展的微波-光转导平台，该机械模式作为两种电磁场之间的中介。采用硅基薄膜铌酸锂制备器件，结合可扩展的制造工艺，实现了高效、低噪声且大带宽的转导：连续工作模式下转导效率达0.9%，脉冲工作模式下效率为5×10^{-5}，且引入的输入参考噪声仅约6个光子。
这款全集成器件的表面积不足0.15平方毫米，平均激光功率仅需1纳瓦，重复率可达100千赫兹。从面积与功耗维度来看，当前的转换器设计可直接在单台稀释制冷机中扩展集成逾10,000个转换器。借助光频复用技术，这些转换器仅需约100根光纤即可实现与大规模量子处理器的接口连接（预测被动热负荷为300皮瓦，参见参考文献40）。此外，器件与50欧姆传输线阻抗匹配，可灵活连接至同一稀释制冷机内的量子比特，实现转导模块与量子比特芯片的完全分离。
本系统非常适合在少光子区域运行，并能对超导量子比特的状态进行光学读取（该功能近期已在另一系统中得到验证）。本文实现的近1%连续转导效率，结合大带宽特性，有望在数微秒脉冲下实现约10^{-3}的量子读取效率，进而达成更高保真度的读取。本研究中，附加噪声与效率的要求得以放宽，现有性能已足以通过量子比特的读取谐振器实现单次读取。结合光复用技术，该系统有望取代超导微波放大器与电缆，大幅降低热负荷。
注：此文仅代表作者观点