Quantenfähige kontinuierliche Mikrowellen-zu-Optik-Frequenzumwandlung

Ein Quanteninterface zwischen Mikrowellen- und optischen Photonen ist entscheidend für die Verschränkung entfernter supraleitender Quantenprozessoren. Um fragile Quantenzustände zu bewahren, muss ein Transducer effizient arbeiten und dabei weniger als ein Photon Rauschen im Verhältnis zu seinem Eingang erzeugen. Hier präsentieren wir eine Plattform, die diese Kriterien erfüllt und eine Kombination aus elektrostatischen und optomechanischen Wechselwirkungen in ausschließlich aus kristallinem Silizium gefertigten Geräten nutzt. Die geringe mechanische Dissipation und die niedrige optische Absorption dieser Plattform ermöglichen eine strahlungsinduzierte Kühlung im Grundzustand, was zu einem quantenfähigen Betrieb mit einem kontinuierlichen Laserantrieb führt. Unter den optimalen Einstellungen für hohe Effizienz (niedriges Rauschen) messen wir eine externe Effizienz von 2,2 % (0,47 %) und ein eingangsbezogenes zusätzliches Rauschen von 0,94 (0,58) bei der Mikrowellen-zu-Optik-Umwandlung. Wir quantifizieren den Transducer-Durchsatz anhand des Effizienz-Bandbreiten-Produkts und stellen fest, dass er frühere Demonstrationen mit ähnlicher Rauschleistung um etwa zwei Größenordnungen übersteigt, wodurch ein praktischer Weg zur Vernetzung entfernter supraleitender Qubits geebnet wird.