光纖通信因其具有高帶寬、低損耗、重量輕、體積小、成本低、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代信息社會的支柱。同時(shí)，傳統(tǒng)的微波無線技術(shù)也展現(xiàn)出了有效的泛在感知與接入能力。而將上述兩種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)融合，則誕生了微波光子學(xué)。微波光子學(xué)為電子傳感和通信系統(tǒng)提供了上述優(yōu)勢，但與非線性光學(xué)領(lǐng)域不同的是，到目前為止，電光器件需要經(jīng)典調(diào)制場，其變化由電子或熱噪聲而不是量子漲落控制。
從理論到實(shí)際的量子通訊不僅需要用于量子糾纏的組件，而且還需要一個低損耗和魯棒性很好的網(wǎng)絡(luò)來做進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分發(fā)和傳輸。超導(dǎo)處理器與光通信網(wǎng)絡(luò)的接口問題是量子領(lǐng)域的一個開放性問題，也是目前面臨的挑戰(zhàn)。近期，奧地利科學(xué)技術(shù)研究所（位于奧地利克洛斯特紐堡）的約翰內(nèi)斯·芬克小組提出了一個可能的解決辦法。他們通過使用納米機(jī)械傳感器將雙向和芯片可伸縮轉(zhuǎn)換器的超導(dǎo)電路集成到大規(guī)模光纖網(wǎng)絡(luò)中開辟了一條道路（如圖一所示）。文章中介紹了一種可在毫開爾文環(huán)境下工作的腔電光收發(fā)器，其模式占用率低至0.025± 0.005噪聲光子。其系統(tǒng)是基于鈮酸鋰回音壁模式諧振器，通過克爾效應(yīng)與超導(dǎo)微波腔共振耦合。對于1.48 mw的大連續(xù)波泵浦功率，演示了X波段微波到C波段電信光的雙向單邊帶轉(zhuǎn)換，總（內(nèi)部）效率為0.03%（0.7%），附加輸出轉(zhuǎn)換噪聲為5.5光子（如圖二所示）。10.7兆赫的高帶寬與觀測到的1.1兆赫噪聲光子的非常慢的加熱速率相結(jié)合使量子有限脈沖微波光學(xué)轉(zhuǎn)換觸手可及。該裝置具有通用性和與超導(dǎo)量子比特兼容的特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)微波場與光場之間的快速、確定的糾纏分布、超導(dǎo)量子比特的光介導(dǎo)遠(yuǎn)程糾纏以及新的多路低溫電路控制和讀出策略開辟了道路。
圖一：實(shí)驗(yàn)裝置示意圖
圖二：轉(zhuǎn)換噪聲與模式布居結(jié)果
在10mK溫度下，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵是：光纖與微波芯片的對準(zhǔn)和穩(wěn)定連接需要一套用于x、y和z精密移動的位移臺。實(shí)驗(yàn)中使用了attocube公司的 ANPx101/RES/LT-linear x-nanopositioner，ANPz101/RES/LT-linear z-nanopositioner，ANPx101/ULT/RES+/HV-Linear x-Nanopositioner和ANPz102/ULT/RES+/HV-linear z-nanopositioner系列mk環(huán)境兼容的位移臺。attocube公司是上著名的端環(huán)境納米精度位移器制造商，已為全科學(xué)家生產(chǎn)了4000多套位移系統(tǒng)，用戶遍及全球著名的研究所和大學(xué)。它生產(chǎn)的位移器設(shè)計(jì)緊湊，體積小，種類包括線性XYZ線性位移器、大角度傾角位移器、360度旋轉(zhuǎn)位移器和納米精度掃描器。
圖三 attocube低溫強(qiáng)磁場位移器，掃描器，及3DR旋轉(zhuǎn)臺
低溫mK納米精度位移臺技術(shù)特點(diǎn)如下：
參考文獻(xiàn):
[1] Nature Communications 11, 4460 (2020)
[2] PRX Quantum 1, 020315 (2020)
相關(guān)產(chǎn)品：
