В гибридной системе достигнуто сильное взаимодействие света с веществом

Физики добились рекордно сильного взаимодействия излучения с веществом в гибридных системах из квантовых точек и сверхпроводящих контуров. Подобные системы являются одной из возможных реализаций квантовых процессоров. Статья с описанием результатов опубликована в журнале Physical Review X.

Разработка квантовых процессоров зачастую требует возможности передавать данные из твердотельных кубитов в световые сигналы и обратно. По этой причине исследователи создают системы с сильным взаимодействием между светом и веществом, определяемым как скорость обмена энергии, превышающая скорость потерь. Новое устройство, состоящее из квантовой точки и сверхпроводящего резонатора, достигает наибольших значений связи света с веществом среди гибридных систем такого типа. Применимая к широкому спектру архитектур чипов схема может быть использована для соединения разнесенных кубитов с микроволновыми фотонами.

Ранние попытки добиться усиления взаимодействия света с веществом пытались достичь цели, используя атомы внутри оптических резонаторов, где отдельные атомы обменивались энергией с одной из мод резонатора. Значительные усилия потребовались, чтобы добиться сильной связи. Лишь недавно сильное взаимодействие было достигнуто в полупроводниковых гибридных системах. Здесь атомы заменены полупроводниковыми наноструктурами, которые ведут себя как искусственные атомы, а вместо резонаторов — сверхпроводящие цепи с собственными частотами в радио- или микроволновом диапазоне.

Новая гибридная система от команды Андреаса Вальрафа из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе использует емкостное связывание зарядовых возбуждений на двойной квантовой точке с микроволновыми фотонами в резонаторе, состоящем из 32 СКВИДов (сверхпроводящих квантовых интерференционных устройств). Массив СКВИДов придает резонатору исключительно высокий импеданс (1800 Ом), что означает, что квантовые флуктуации в резонаторе имеют большую составляющую электрического поля, а не магнитную. Эти электрические флуктуации оказывают влияние на заряды в квантовой точке, что приводит к сильному взаимодействию, которое значительно больше, чем в других гибридных системах, построенных по технологии со стандартным импедансом (50 Ом).