[发明专利]采用机械元件和SQUID的量子相干微波至光学转换方案

说明书

技术涉及频率转换。机械共振器(104)被配置成随轴线上的位移以机械共振频率振荡。光谐振器(108)包括与第二反射镜(202B)相对的第一反射镜(202A)，其中在之间形成有光学腔。第一反射镜(202A)固定到机械共振器(104)，使得第一反射镜(202A)根据机械共振器(104)的位移而移动以改变光学腔的光学长度，其中改变所述光学长度改变光谐振器的光谐振频率。改变光学长度改变光谐振器(108)的光谐振频率。微波谐振器(120)被定位得根据机械共振器(104)的位移而移动，使得机械共振器(104)的移动改变微波谐振器(120)的约瑟夫森电感，从而改变微波谐振器(120)的微波谐振频率。

技术领域

本发明涉及频率转换，更具体地涉及微波和光学域之间的频率转换。

背景技术

光子是基本粒子，其包括光量子和所有其他形式的电磁辐射。光子携带与辐射频率成正比的能量并具有零静止质量。

近来，在量子光学、微波-频率量子位(qubits)和微机电(MEMS)谐振器领域的科学进步，已经获得或几乎获得了可控地制备、操纵和测量单个光学、微波或机械量子的能力。这样的系统展示了在超导微波谐振器、高精细光学腔、高品质因数机械共振器和量子操作所需的其他元件的工程设计中达到的高度完美。结合了这些先进的光学、微波和/或机械元件的系统，为实际和有用的技术提供了新的途径。特别地，能够在微波领域和光学领域之间转换量子信息的装置，将成为重要的技术进步，并在量子计算和量子信息领域发现各种用途。例如，尽管一方面可以容易地大量和高密度地制造超导微波量子比特，但另一方面光学系统显示出长距离传输量子信息和检测单个量子的优越能力。另外，例如，诸如微波领域超导量子位和光域俘获离子的两种不同技术的组合，可以实现增强的计算能力。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供了一种频率转换装置。该频率转换设备包括机械共振器以及光谐振器，该机械共振器被配置为随轴线上的位移以机械共振频率振荡，该光谐振器包括与第二反射镜相对的第一反射镜，第一反射镜和第一反射镜之间形成有光学腔。第一反射镜被固定到机械共振器，使得第一反射镜根据机械共振器的位移而移动以改变光学腔的光学长度，其中改变光学长度改变光谐振器的光谐振频率。该频率转换设备包括微波谐振器，该微波谐振器被定位成按照机械共振器的位移而移动，使得移动机械共振器改变微波谐振器的约瑟夫森(Josephson)电感，从而改变微波谐振器的微波谐振频率。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种配置频率转换装置的方法。该方法包括：配置机械共振器为随轴线上的位移以机械共振频率振荡，以及提供光谐振器，该光谐振器被配置得使得该机械共振器的运动根据该机械共振器的位移改变光学腔的光学长度，其中改变光学长度改变光谐振器的光谐振频率。光谐振器包括与第二反射镜相对的第一反射镜，其中在第一反射镜和第二反射镜之间形成光学腔，并且第一反射镜固定到机械共振器，使得第一反射镜的运动改变光学长度。此外，该方法包括配置微波谐振器，该微波谐振器被定位得按照机械共振器的位移而移动，使得移动机械共振器改变微波谐振器的约瑟夫森电感，从而改变微波谐振器的微波谐振频率。

根据本发明的又一个实施例，提供了一种频率转换装置。该频率转换设备包括机械共振器和光谐振器，机械共振器被配置为随轴线上的位移以机械共振频率振荡，光谐振器被配置为使得机械共振器的位移改变光谐振器的光学长度。光学腔包括与第二反射镜相对的第一反射镜，其中在第一反射镜和第二反射镜之间形成光学腔。第一反射镜被固定到机械共振器，使得第一反射镜被移动以改变光学腔的光学长度，其中改变光学长度改变光谐振器的光谐振频率。该频率转换装置包括拾波线圈，该拾波线圈定位成根据机械共振器的位移而移动，使得移动拾波线圈改变拾波线圈接收的总磁通量。拾波线圈处于一电路中，其中的电流根据总磁场的变化而变化。此外，频率转换设备还包括经由该电路连接到拾波线圈的输入线圈，使得由于改变该电路中的电流而改变总磁通量在输入线圈中产生次级总磁场。该频率转换装置包括一个SQUID，该SQUID既耦合到输入线圈又被并入到微波谐振器中，使得改变次级总磁场改变SQUID的约瑟夫森电感，其中改变该约瑟夫森电感改变微波谐振器的微波谐振频率。