来自瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)和印度科学教育与研究学院的科学家们已经证明，被称为电光调制器的商用设备可以在极低温度下读取超导量子计算机的输出数据。使用光信号代替全电方法解决了电子元件的高热负荷问题，众所周知，这会降低设备的整体效率。通过证明光学系统可以在绝对零度以上几分之一度的情况下运行，他们的研究结果可以开辟一条扩大量子计算机的新途径。

光纤通过全内反射过程高效传输光，并广泛用于电信行业。由于光纤网络以低信号损耗承载了大量信息，因此它们非常适合长距离传输数据。随着光纤技术的进步，这些优势也越来越多地应用于更短距离的数据传输，例如家庭与光纤网络之间的连接以及芯片设备中的光连接。

光学组件比笨重的导热电缆更小、更轻，而且它们的低热负荷使其对使用超导量子比特(qubit)存储信息的量子计算机开发人员特别有吸引力。目前，这些设备需要极低的温度才能运行，这就提出了如何在管理附加组件热贡献的同时去添加更多量子比特的问题。

低温电光互连

为了解决这个问题，Tobias Kippenberg及其同事开发了一种集成光学解决方案，通过用导热性较低的光学设备来替换电子组件，从而消除了与电子组件热负荷相关的噪声。目前，基于高电子迁移率晶体管的电放大器用于读取超导器件产生的微波信号。新的光学方法用现成的电光调制器取代了这些放大器，该调制器使用电信号来控制光的相位。这意味着超导器件产生的微波信号可以转换成光信号，以便在输出端读取。

最重要的是，这一变化使研究人员能够使用光纤代替同轴电缆，后者是原系统中的一个热源。为了实现这一优势，研究人员需要证明调制器可以在超导器件所需的极低温度下运行。在测试低至800mK的调制器性能后，他们表明该设备确实适合作为超导设备的微波信号与光学检测之间的互连方案。

研究人员比较了他们新的光学设计，在发表在《自然电子学》杂志的论文中，介绍了他们进行的两个重要测试。在第一次测试中，他们使用相干微波光谱，其中把激光充当机械泵，在超导设备中产生微波信号，以确认调制器能够将信号转换为光学读数。在第二个测试中，他们使用光调制器将工作在15mK的超导设备连接到室温检测器。这使得直接测量超导器件产生的微波信号成为可能。

研究人员将光学器件的输出结果与传统晶体管的输出进行了比较，结果表明，虽然在降低光学噪声方面仍有待改进，但新系统仍然能执行晶体管放大器的功能，并大大减少了热噪声。这一结果凸显了光学方法实现高效器件的前景，这些器件可以为超导量子技术提供可扩展性。

可扩展性的新途径

EPFL博士研究生、该论文的合著者Amir Youseffi将这项工作描述为“使用新型光学读出协议在低温下光学测量超导设备的原理验证实验”。他补充说，该设计“为扩展未来量子系统开辟了一条新途径”，并表示下一步计划是改进光调制器的设计，目的是为了降低研究人员在测试系统中看到的噪声。他们的这一研究成果，将为实现可扩展超导量子器件的量子比特数量开辟一条新的道路。（编译:Qtech）