Image optique de l'appareil utilisé par les chercheurs dans leur étude. Crédit :Vrajitoarea et al.
Circuits supraconducteurs, qui ont une résistance électrique nulle, pourrait permettre le développement de composants électroniques nettement plus économes en énergie que la plupart des puces utilisées aujourd'hui. Surtout, les circuits supraconducteurs reposent sur un élément électronique connu sous le nom de jonction Josephson, ce qui leur permet de manipuler l'information quantique et d'arbitrer les interactions photoniques. Alors que des études antérieures ont tenté d'améliorer les performances et la cohérence des circuits Josephson, jusque là, les résultats les plus prometteurs en termes de durée de vie des photons ont été obtenus dans des cavités micro-ondes.
Une équipe de chercheurs de l'Université de Princeton, L'Université Northwestern et l'Université de Chicago ont directement exploité un oscillateur en utilisant une non-linéarité Josephson stimulée. Dans leur papier, Publié dans Physique de la nature , l'équipe a réalisé le contrôle quantique d'un oscillateur en le faisant fonctionner comme un système isolé à deux niveaux, adapter son espace Hilbert.
"Notre recherche a été motivée par les efforts continus de la communauté des circuits supraconducteurs pour concevoir des qubits hautement cohérents pour l'information quantique, " Pr Andrew Houck, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, dit Phys.org. "Il y a eu d'énormes progrès dans la conception de résonateurs micro-ondes linéaires qui peuvent surpasser la cohérence des qubits supraconducteurs conventionnels."
Le professeur Houck et ses collègues ont essayé de trouver des stratégies intelligentes pour concevoir des cavités micro-ondes en tant que systèmes efficaces à deux niveaux. La méthode qu'ils ont proposée dans leur article pourrait permettre aux chercheurs d'exploiter certaines des propriétés de ces cavités, y compris leurs durées de vie améliorées des photons, en introduisant un nouveau type de non-linéarité.
Diagramme énergétique schématique des deux oscillateurs couplés non linéairement. Crédit :Vrajitoarea et al.
"Nous contrôlons les états quantiques codés dans le secteur d'excitation unique de l'oscillateur en perturbant les niveaux d'énergie plus élevés de l'échelle harmonique, " a expliqué le professeur Houck. " L'ingrédient clé consiste à utiliser la jonction Josephson comme élément de mélange d'ondes pour hybrider l'état à deux photons de l'oscillateur avec l'état à un photon d'un mode auxiliaire. "
En mettant en œuvre un couplage inductif accordable en flux entre deux résonateurs, Le professeur Houck et ses collègues Rabi ont conduit sélectivement les états propres les plus bas. C'était le résultat de l'activation dynamique d'une interaction à trois ondes via un processus connu sous le nom de modulation de flux paramétrique.
"Il était encourageant de voir que les observations expérimentales correspondaient parfaitement à nos prédictions théoriques sur ce que la non-linéarité ferait au spectre d'énergie de l'oscillateur et que la non-linéarité elle-même n'a aucun effet néfaste sur la durée de vie du qubit induite, " Andrei Vrajitoarea, un autre chercheur qui a mené l'étude, dit Phys.org. « D'un point de vue matériel, Les résonateurs micro-ondes sont une ressource moins chère que les circuits à jonction Josephson. »
La nouvelle approche de contrôle des oscillateurs introduite par le professeur Houck, Vrajitoarea et leurs collègues pourraient avoir des implications importantes pour le développement de nouvelles architectures pour l'information quantique et la simulation avec des circuits supraconducteurs. Leur travail offre finalement une voie alternative et très prometteuse pour l'ingénierie d'une variété d'oscillateurs anharmoniques hautement cohérents d'une manière efficace sur le plan matériel, en utilisant un seul circuit de couplage Josephson.
"Une voie évidente pour aller de l'avant est de mettre en œuvre cette non-linéarité dans une cavité 3D hautement cohérente et d'étudier la réduction des pertes, ", a déclaré Vrajitoarea. "Nous sommes également ravis d'exploiter cette non-linéarité pour stimuler et contrôler les interactions de photons dans un réseau de cavités couplées en tant que plate-forme pour simuler des matériaux quantiques fortement corrélés."
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