Metasurface-assisted photon-magnon conversion at ultralow temperatures for quantum computing technologies
DOI (Low Temperature Physics):
https://doi.org/10.1063/10.0043206Ключові слова:
мікрохвильовий-магнонно-оптичний перетворювач, квантовий комп’ютер, надвисокочастотні метаповерхні та резонатори, наднизькі температури, рефрижератор розчиненняАнотація
Масштабованість квантових обчислювальних систем на основі надпровідних кубітів обмежена низьким рівнем інтеграції квантових модулів та тепловим навантаженням на кріогенні ступені рефрижераторів. Ключовим елементом масштабованих архітектур є мікрохвильово-магнонно-оптичний (MMO) перетворювач, який когерентно з’єднує мікрохвильові та оптичні схеми. Запропоновано підхід до зменшення теплового навантаження на MMO перетворювач з використанням мікрохвильових структур на основі метаповерхонь із сильною локалізацією магнітного поля. Така конструкція дозволяє основній мікрохвильовій схемі працювати на вищих ступенях рефрижератора, залишаючи лише феримагнітний елемент при наднизьких температурах, тим самим покращуючи загальну масштабованість та теплову ефективність.
Посилання
Y.-Y. Jiang, C.-Q. Deng, H. Fan, B.-Y. Li, L.-Y. Sun, X.-S. Tan, W.-T. Wang, G.-M. Xue, F. Yan, H.-F. Yu, Y.-S. Zhang, Y.-R. Zhang, and C.-L. Zou, Natl. Sci. Rev. 12(8) nwaf246 (2025).https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf246
B. Bhoi and S.-K. Kim, Solid State Phys. 70, 1 (2019). https://doi.org/10.1016/bs.ssp.2019.09.001
M. F. Gonzalez-Zalba, S. de Franceschi, E. Charbon, T. Meunier, M. Vinet, and A. S. Dzurak, Nat. Electron. 4, 872 (2021). https://doi.org/10.1038/s41928-021-00681-y
S. Krinner, S. Storz, P. Kurpiers, P. Magnard, J. Heinsoo, R. Keller, J. Lütolf, C. Eichler, and A. Wallraff, EPJ Quantum Technol. 6, 2 (2019). https://doi.org/10.1140/epjqt/s40507-019-0072-0
How Does a Dilution Refrigerator Work? (2023). https://bluefors.com/stories/how-does-a-dilution-refrigerator-work/ (accessed Oct. 20, 2025).
A. Girich, S. Nedukh, S. Polevoy, K. Sova, S. Tarapov, and A. Vakula, Sci. Rep. 13, 924 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-022-27285-6
T. Xie, R. Fukumori, J. Li, and A. Faraon, Nat. Phys. 21, 931 (2025). https://doi.org/10.1038/s41567-025-02884-y
N. P. de Leon, K. M. Itoh, D. Kim, K. K. Mehta, T. E. Northup, H. Paik, B. S. Palmer, N. Samarth, S. Sangtawesin, and D. W. Steuerman, Science 372, 6539 (2021). https://doi.org/10.1126/science.abb2823
J. Rochman, T. Xie, J. G. Bartholomew, K. C. Schwab, and A. Faraon, Nat. Commun. 14, 1153 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-36799-0
A. Kumar, A. Suleymanzade, M. Stone, L. Taneja, A. Anferov, D. I. Schuster, and J. Simon, Nature 615, 614 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-05740-2
L. Ma, L. S. Trainor, G. G. G. King, H. G. L. Schwefel, and J. J. Longdell, “Optically detected magnetic resonance to characterize atomlike microwave-optical transducers,” Phys. Rev. A 107, 053514 (2023). https://doi.org/10.1103/PhysRevA.107.053514
S. Mobassem, N. J. Lambert, A. Rueda, J. M. Fink, G. Leuchs, and H. G. L. Schwefel, Sci. Technol. 6, 045005 (2021).https://doi.org/10.1088/2058-9565/ac0f36
T. Blésin, W. Kao, A. Siddharth, R. N. Wang, A. Attanasio, H. Tian, S. A. Bhave, and T. J. Kippenberg, Nat. Commun. 15, 6096 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-49467-8
A. A. Girich, S. V. Nedukh, S. Yu. Polevoy, B. Rami, K. Yu. Sova, S. I. Tarapov, and A. S. Vakula, “Functional magnetic and spintronic nanomaterials,” in NATO Science for Peace and Security Series B: Physics and Biophysics, edited by I. Vladymyrskyi, B. Hillebrands, A. Serha, D. Makarov, and O. Prokopenko (Springer Netherlands, Dordrecht, Netherlands, 2024), p. 197.https://doi.org/10.1007/978-94-024-2254-2_9
A. A. Girich, S. Y. Polevoy, S. I. Tarapov, A. S. Vakula, S. V. Nedukh, and K. Y. Sova, in Proceedings of Quantum 2.0 Conference and Exhibition, Denver, CO, 18–22 June 2023 (Optica Publishing Group, Washington, DC, 2023), QTu3A.15.https://doi.org/10.1364/quantum.2023.qtu3a.15
A. A. Girich, S. Y. Polevoy, S. I. Tarapov, A. S. Vakula, S. V. Nedukh, and K. Y. Sova, in Proceedings of Quantum 2.0 Conference and Exhibition, Denver, CO, 18–22 June 2023 (Optica Publishing Group, Washington, DC, 2023), QTu3A.19.https://doi.org/10.1364/quantum.2023.qtu3a.19
S. Y. Polevoy and S. I. Tarapov, Prog. Electromagn. Res. M 84, 187 (2019). https://doi.org/10.2528/PIERM19060708
S. Polevoy, A. Girich, S. Tarapov, A. Vakula, S. Nedukh, and K. Sova, in 2022 IEEE 2nd Ukrainian Microwave Week (UkrMW), Ukraine, 14–18 November 2022 (IEEE, 2022), p. 105.https://doi.org/10.1109/ukrmw58013.2022.10036988
M. Harder, L. Bai, C. Match, J. Sirker, and C. Hu, Sci. China Phys. Mech. Astron. 59, 117511 (2016).https://doi.org/10.1007/s11433-016-0228-6
J. D. Jackson, Classical Electrodynamics (John Wiley & Sons, New York, 1999).
