Circuitos supercondutores, que têm resistência elétrica zero, poderia permitir o desenvolvimento de componentes eletrônicos que são significativamente mais eficientes em termos de energia do que a maioria dos chips usados ​​hoje. Mais importante, circuitos supercondutores dependem de um elemento eletrônico conhecido como junção Josephson, o que lhes permite manipular informações quânticas e mediar as interações de fótons. Embora estudos anteriores tenham tentado melhorar o desempenho e a coerência dos circuitos Josephson, até aqui, os resultados mais promissores em termos de vida útil dos fótons foram alcançados em cavidades de microondas.

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Princeton, A Northwestern University e a University of Chicago operaram diretamente um oscilador usando uma não linearidade Josephson estimulada. Em seu jornal, publicado em Física da Natureza , a equipe conseguiu o controle quântico de um oscilador operando-o como um sistema isolado de dois níveis, costurando seu espaço Hilbert.

"Nossa pesquisa foi motivada pelo esforço contínuo na comunidade de circuitos supercondutores para projetar qubits altamente coerentes para informações quânticas, "Prof. Andrew Houck, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse a Phys.org. "Houve um enorme progresso no projeto de ressonadores lineares de microondas que podem superar a coerência dos qubits supercondutores convencionais."

O professor Houck e seus colegas têm tentado criar estratégias inteligentes para projetar cavidades de micro-ondas como sistemas eficazes de dois níveis. O método que eles propuseram em seu trabalho poderia permitir aos pesquisadores aproveitar algumas das propriedades dessas cavidades, incluindo sua vida útil melhorada de fótons, introduzindo um novo tipo de não linearidade.

"Alcançamos o controle sobre os estados quânticos codificados no setor de excitação único do oscilador, perturbando os níveis de energia mais elevados da escada harmônica, "O professor Houck explicou." O ingrediente principal é empregar a junção Josephson como um elemento de mistura de ondas para hibridizar o estado de dois fótons do oscilador com o estado de um fóton de um modo auxiliar. "

Ao implementar um acoplamento indutivo ajustável de fluxo entre dois ressonadores, O professor Houck e seus colegas Rabi dirigiram seletivamente os estados próprios mais baixos. Este foi o resultado da ativação dinâmica de uma interação de três ondas por meio de um processo conhecido como modulação de fluxo paramétrico.

"Foi encorajador ver que as observações experimentais combinavam perfeitamente com nossas previsões teóricas para o que a não linearidade faria ao espectro de energia do oscilador e que a não linearidade em si não tem efeito prejudicial sobre o tempo de vida do qubit induzido, "Andrei Vrajitoarea, outro pesquisador que realizou o estudo, disse a Phys.org. "Do ponto de vista do hardware, ressonadores de microondas são um recurso mais barato em comparação com os circuitos de junção Josephson. "

A nova abordagem para controlar osciladores introduzida pelo Prof. Houck, Vrajitoarea e seus colegas podem ter implicações importantes para o desenvolvimento de novas arquiteturas de informação quântica e simulação com circuitos supercondutores. Em última análise, seu trabalho oferece um caminho alternativo e altamente promissor para a engenharia de uma variedade de osciladores anarmônicos altamente coerentes de maneira eficiente em hardware, usando um único circuito acoplador Josephson.

"Um caminho óbvio para avançar é implementar essa não linearidade em uma cavidade 3-D altamente coerente e estudar a redução das perdas, "Vrajitoarea disse." Também estamos entusiasmados em explorar esta não linearidade para estimular e controlar as interações de fótons em uma rede de cavidades acopladas como uma plataforma para simular materiais quânticos fortemente correlacionados. "

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