Imagen óptica del dispositivo utilizado por los investigadores en su estudio. Crédito:Vrajitoarea et al.
Circuitos superconductores, que tienen cero resistencia eléctrica, podría permitir el desarrollo de componentes electrónicos que son significativamente más eficientes desde el punto de vista energético que la mayoría de los chips que se utilizan en la actualidad. En tono rimbombante, Los circuitos superconductores se basan en un elemento electrónico conocido como la unión de Josephson, lo que les permite manipular información cuántica y mediar en las interacciones de fotones. Si bien los estudios anteriores han intentado mejorar el rendimiento y la coherencia de los circuitos de Josephson, hasta aquí, los resultados más prometedores en términos de vida útil de los fotones se lograron en cavidades de microondas.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Princeton, La Universidad Northwestern y la Universidad de Chicago han operado directamente un oscilador utilizando una no linealidad estimulada de Josephson. En su papel publicado en Física de la naturaleza , el equipo logró el control cuántico de un oscilador al operarlo como un sistema aislado de dos niveles, adaptando su espacio Hilbert.
"Nuestra investigación fue motivada por el esfuerzo continuo en la comunidad de circuitos superconductores para diseñar qubits altamente coherentes para información cuántica, "Prof. Andrew Houck, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "Ha habido un progreso enorme en el diseño de resonadores de microondas lineales que pueden superar la coherencia de los qubits superconductores convencionales".
El profesor Houck y sus colegas han estado tratando de idear estrategias inteligentes para diseñar cavidades de microondas como sistemas efectivos de dos niveles. El método que propusieron en su artículo podría permitir a los investigadores aprovechar algunas de las propiedades de estas cavidades, incluida la vida útil mejorada de los fotones, introduciendo un nuevo tipo de no linealidad.
Diagrama esquemático de energía de los dos osciladores acoplados no linealmente. Crédito:Vrajitoarea et al.
"Logramos el control sobre los estados cuánticos codificados en el sector de excitación único del oscilador perturbando los niveles de energía más altos de la escalera armónica, El profesor Houck explicó:"El ingrediente clave es emplear la unión de Josephson como un elemento de mezcla de ondas para hibridar el estado de dos fotones del oscilador con el estado de un fotón de un modo auxiliar".
Al implementar un acoplamiento inductivo sintonizable por flujo entre dos resonadores, El profesor Houck y sus colegas Rabi condujeron selectivamente los estados propios más bajos. Este fue el resultado de la activación dinámica de una interacción de tres ondas a través de un proceso conocido como modulación de flujo paramétrico.
"Fue alentador ver que las observaciones experimentales coincidían perfectamente con nuestras predicciones teóricas sobre lo que la no linealidad le haría al espectro de energía del oscilador y que la no linealidad en sí misma no tiene un efecto perjudicial sobre la vida útil del qubit inducida, "Andrei Vrajitoarea, otro investigador que realizó el estudio, dijo Phys.org. "Desde la perspectiva del hardware, los resonadores de microondas son un recurso más barato en comparación con los circuitos de unión de Josephson ".
El nuevo enfoque para controlar osciladores introducido por el Prof. Houck, Vrajitoarea y sus colegas podrían tener importantes implicaciones para el desarrollo de nuevas arquitecturas para la información cuántica y la simulación con circuitos superconductores. En última instancia, su trabajo ofrece un camino alternativo y muy prometedor para diseñar una variedad de osciladores anarmónicos altamente coherentes de una manera eficiente en el hardware. utilizando un solo circuito acoplador Josephson.
"Un camino obvio para avanzar es implementar esta no linealidad en una cavidad 3D altamente coherente y estudiar la reducción de pérdidas, ", Dijo Vrajitoarea." También estamos entusiasmados con la explotación de esta no linealidad para estimular y controlar las interacciones de fotones en una red de cavidades acopladas como una plataforma para simular materiales cuánticos fuertemente correlacionados ".
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