Circuiti superconduttori, che hanno resistenza elettrica nulla, potrebbe consentire lo sviluppo di componenti elettronici significativamente più efficienti dal punto di vista energetico rispetto alla maggior parte dei chip utilizzati oggi. È importante sottolineare che i circuiti superconduttori si basano su un elemento elettronico noto come giunzione Josephson, che consente loro di manipolare le informazioni quantistiche e di mediare le interazioni dei fotoni. Mentre gli studi passati hanno cercato di migliorare le prestazioni e la coerenza dei circuiti Josephson, finora, i risultati più promettenti in termini di durata dei fotoni sono stati ottenuti nelle cavità a microonde.

Un team di ricercatori della Princeton University, La Northwestern University e l'Università di Chicago hanno azionato direttamente un oscillatore utilizzando una non linearità Josephson stimolata. Nella loro carta, pubblicato in Fisica della natura , il team ha ottenuto il controllo quantistico di un oscillatore facendolo funzionare come un sistema isolato a due livelli, adattando il suo spazio Hilbert.

"La nostra ricerca è stata motivata dallo sforzo in corso nella comunità dei circuiti superconduttori per progettare qubit altamente coerenti per le informazioni quantistiche, "Prof. Andrew Houck, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a Phys.org. "Ci sono stati enormi progressi nella progettazione di risonatori a microonde lineari in grado di superare la coerenza dei qubit superconduttori convenzionali".

Il prof. Houck ei suoi colleghi hanno cercato di elaborare strategie intelligenti per progettare cavità a microonde come efficaci sistemi a due livelli. Il metodo proposto nel loro articolo potrebbe consentire ai ricercatori di sfruttare alcune delle proprietà di queste cavità, compresa la loro migliore durata dei fotoni, introducendo un nuovo tipo di non linearità.

"Otteniamo il controllo sugli stati quantistici codificati nel singolo settore di eccitazione dell'oscillatore perturbando i livelli energetici più elevati della scala armonica, "Il prof. Houck ha spiegato. "L'ingrediente chiave è l'utilizzo della giunzione Josephson come elemento di miscelazione delle onde per ibridare lo stato a due fotoni dell'oscillatore con lo stato a un fotone di una modalità ausiliaria".

Implementando un accoppiamento induttivo sintonizzabile sul flusso tra due risonatori, Il prof. Houck ei suoi colleghi Rabi hanno guidato selettivamente gli autostati più bassi. Questo era il risultato dell'attivazione dinamica di un'interazione a tre onde tramite un processo noto come modulazione parametrica del flusso.

"È stato incoraggiante vedere che le osservazioni sperimentali corrispondevano perfettamente alle nostre previsioni teoriche su ciò che la non linearità avrebbe fatto allo spettro di energia dell'oscillatore e che la non linearità stessa non ha alcun effetto dannoso sulla durata del qubit indotto, "Andrei Vrajitoarea, un altro ricercatore che ha condotto lo studio, ha detto a Phys.org. "Dal punto di vista dell'hardware, i risonatori a microonde sono una risorsa più economica rispetto ai circuiti di giunzione Josephson".

Il nuovo approccio per il controllo degli oscillatori introdotto dal Prof. Houck, Vrajitoarea ei loro colleghi potrebbero avere importanti implicazioni per lo sviluppo di nuove architetture per l'informazione quantistica e la simulazione con circuiti superconduttori. Il loro lavoro offre in definitiva un percorso alternativo e molto promettente per la progettazione di una varietà di oscillatori anarmonici altamente coerenti in modo efficiente dall'hardware, utilizzando un singolo circuito accoppiatore Josephson.

"Un percorso ovvio che va avanti è implementare questa non linearità in una cavità 3D altamente coerente e studiare la riduzione delle perdite, "Vrajitoarea ha detto. "Siamo anche entusiasti di sfruttare questa non linearità per stimolare e controllare le interazioni dei fotoni in un reticolo di cavità accoppiate come piattaforma per simulare materiali quantistici fortemente correlati".

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