耦合磁力和微波以钳位在量子信息中噪声

芯片上的量子电路

阿贡大学的研究人员展示了一种片上量子电路,并实现了超导谐振器和磁性器件之间的强耦合。这个早期的研究为研究量子信息处理提供了一个新的平台。图片来源:艾伦·韦斯/阿贡国家实验室

Argonne与伊利诺伊大学之间的能源资助项目部乌尔巴纳 - 香槟探索量子发现的耦合磁力和微波。

美国能源部(DOE)最近资助了Doe的Argonne国家实验室和伊利诺伊大学Champaign-Urbana(Uiuc)在与量子信息科学相关的新项目中。Argonne团队将向该项目推动其在联轴器和磁系统中的专业知识。UIUC团队将为开发量子系统开发新的磁性材料提供世界级的能力。

阿贡材料科学部的高级科学家瓦伦丁·诺沃萨德(Valentine Novosad)说:“量子信息科学为科学家提供了新的、不同的方法来处理和操纵信息,用于传感、数据传输和计算。”“伊利诺伊大学香槟分校是我们在这一领域实现突破性发现的完美伙伴。”

在量子信息科学的新兴领域,微波可能扮演一个基本的角色,因为它们的物理性质使它们能够在接近的温度下提供所需的量子功能绝对零度(减去460度华氏温度) - 一种必要性,因为热量会在量子操作中产生错误。然而,微波易受噪声的影响,这是不希望的能量,使信号和数据传输。

“量子信息科学承诺新的和不同方式,科学家可以处理和操纵感应,数据传输和计算的信息。”-瓦伦丁诺沃萨德,材料科学部

研究小组将探索马格纳人是否可以与微波光子,以确保微波只能在一个方向传播,从而基本上消除噪音。磁子是磁体的基本激发。相比之下,微波光子是由电子激发产生的,就像在微波炉中产生的波一样。

Argonne科学家们将建立早期的努力,以创建与磁性元件一体的超导电路。通过该超导装置彼此互相交谈琼状器和光子。超导 - 完全没有电阻 - 允许千元和微波光子耦合到绝对零。

“这一能力为操纵量子信息提供了独特的机会,”伊利·材料科学部门博士委托人易李说道。

在过去,阿贡在超导探测器和传感器的发展中扮演了重要的角色,这些探测器和传感器可以在最基本的水平上理解宇宙的运行。诺沃萨德说:“我们将从宇宙学和粒子物理学的这些非常成功的项目中获得宝贵的知识。”

伊利诺伊大学香槟分校的研究人员将寻找能在超低温下工作的磁铁。他们将测试已知的和新的材料系统,以找到能够处理超冷环境并在真实量子设备中运行的候选材料。

“许多磁铁在室温下使用微波炉,”UIUC的UIUC工程教授Akel Hoffmann表示,“Akel Hoffmann”和该项目的领导者。“我们需要在更低的温度下工作的材料,这可能完全改变其性质。”

“如果我们在这三年内成功,我们将具有直接与量子电路集成的磁性结构,”Hoffmann说。“这项工作也可以应用于非量子设备进行传感和通信,例如在Wi-Fi或蓝牙技术中。”

这个新项目是阿贡大学和伊利诺伊大学香槟分校如何引领量子未来的另一个例子。Argonne不仅在其庞大的质量信息系统项目组合中进行跨学科研究,而且还领导着Q-NEXT,这是美国能源部在2020年8月成立的五个质量信息系统研究中心之一。类似地,UIUC支持广泛的量子信息项目,如Q-NEXT,通过伊利诺伊州量子信息科学和技术(IQUIST)中心。

基本能源科学的DOE办公室资助这项3年项目的资金为420万美元。与超导设备相关的早期argonne研究已由DOE核物理和高能量物理计划提供资金。

除了霍夫曼、李彦宏和诺沃萨德,该团队还包括美国伊利诺伊大学厄本分校的沃尔夫冈·普法夫、André施莱夫和左建民。

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