[发明专利]包括具有可切换非线性的谐振器的有源电光量子换能器

说明书

一种量子换能器设备，包括微波谐振器部件和光学谐振器部件，该光学谐振器部件接收并转换一组光学光子以及电压脉冲或调制激光脉冲中的至少一个，并且生成单个微波光子输出。

技术领域

本主题公开涉及电光量子换能器，并且更具体地，涉及将来自超导量子处理器的微波光子上变频为红外电信波段中的光学光子以用于量子信息的分发。

背景技术

量子计算通常是使用量子力学现象来执行计算和信息处理功能。量子计算可以被看作与经典计算相反，经典计算通常利用晶体管对二进制值进行操作。也就是说，虽然经典计算机可以在0或1的两个基态上进行操作，但是量子计算机在包括0和1的叠加的量子位上进行操作，可以纠缠多个量子位，并且使用干扰。量子计算作为解决在传统经典高性能计算机上显示出不利扩展性的一类广泛的问题的新范例而出现。基于超导量子位的量子信息技术已经引起了许多将量子态从微波域转化到光学域的兴趣。与微波光子不同，光学光子可以通过光纤传输，使得它适合于长距离量子通信。此外，光学域提供了对一大组充分开发的量子光学工具的访问，诸如高效的单个光子探测器和长寿命的量子存储器。对于高保真的微波-光学换能器，需要在单个光子电平处的高效转换和低附加噪声。特别地，基于超导量子位的量子计算机网络可能需要量子换能器，该量子换能器可以将单个光子从一个频率转化到另一个频率，同时维持量子信息的高状态转移保真度。

发明内容

以下呈现了概述以提供对本发明的一个或多个实施例的基本理解。本概述不旨在识别关键或重要元素、划定特定实施例的范围或权利要求的范围。其唯一目的是以简化形式呈现概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。

根据实施例，一种系统包括电光系统，该电光系统结合量子换能器设备，该量子换能器设备执行以下计算机可执行部件：微波谐振器和光学谐振器，该光学谐振器接收和转换一组光学光子以及电压脉冲或调制激光脉冲中的至少一个，并且生成单个微波光子输出。

在可选的方面，调谐部件包括非线性光学材料，其能够借助电压选择性地接通或断开以减轻临界耦合要求。

根据实施例，一种系统实现的方法包括：使用结合量子换能器设备的电光系统来执行系统可执行部件以执行以下动作：在下变频中，光学谐振器与微波谐振器相互作用，该微波谐振器将单个光学光子转换成单个微波光子，其中转换的发生基于以下至少一个：施加到微波谐振器的电压脉冲，或施加到光学谐振器的调制激光脉冲。

根据实施例，一种系统实现的方法包括：使用结合量子换能器设备的电光系统来执行系统可执行部件以执行以下动作：在上变频中，光学谐振器与微波谐振器相互作用，该微波谐振器将单个微波光子转换为单个光学光子，其中转换的发生基于以下至少一个：施加到微波谐振器的电压脉冲，或施加到光学谐振器的调制激光脉冲。

在可选的方面中，该系统实现的方法还包括通过该系统映射调谐部件，该调谐部件包括非线性光学材料，其能够借助电压选择性地接通或断开以减轻临界耦合要求。

附图说明

图1示出了一个示例性系统实现的框图，该系统实现将来自超导量子处理器的微波光子上变频为在红外电信波段中的光学光子以用于量子信息的分发。

图2示出了一个高效的电光量子换能器的示例性流程图，该电光量子换能器将来自超导量子处理器的微波光子上变频为在红外电信波段中的光学光子以用于量子信息的分发。

图3示出了示例性核心有源电光换能器，其包括微波谐振器和光学谐振器，该微波谐振器和光学谐振器的电磁场彼此重叠并且与可调谐电光材料重叠。

图4示出了对应于有源电光量子换能器的示例性类型的示例性横截面。

图5示出了有源电光量子换能器的另一几何结构的示例性横截面。

图6示出了有源电光量子换能器的另一几何结构的示例性横截面。