Liaison de données optique cryogénique pour circuits supraconducteurs

Dans la quête incessante de puissance de calcul toujours plus grande, la communauté scientifique a trouvé une solution promise dans le domaine des circuits intégrés supraconducteurs (CIS). Ces dispositifs remarquables, capables de fonctionner avec une résistance électrique nulle, offrent une efficacité énergétique inégalée par rapport à leurs homologues semi-conducteurs. Cependant, un défi important a été l'établissement de connexions efficaces entre les CIS supraconducteurs cryogéniques et l'électronique ambiante nécessaire pour l'entrée et la sortie de données.

Entrez dans le travail révolutionnaire de Shen et al., comme rapporté dans Nature Photonics. Ils ont développé un modulateur électro-optique supraconducteur (SEOM) innovant qui comble ce fossé critique, permettant une transmission de données optique rapide et économe en énergie entre les circuits supraconducteurs cryogéniques et l'environnement externe.

Le SEOM combine les propriétés électro-optiques exceptionnelles du niobate de lithium avec la nature sans perte des électrodes supraconductrices en niobium, ouvrant une nouvelle ère pour la transmission de données cryogéniques. En ingénierie soigneusement les caractéristiques de propagation du dispositif, les chercheurs ont atteint une bande passante de modulation dépassant 10 GHz, tout en réduisant considérablement la tension de fonctionnement à quelques millivolts seulement. Ce fait se traduit par une consommation d'énergie remarquablement faible de seulement 12,5 attojoules par bit, un témoignage éloquent de l'efficacité énergétique exceptionnelle du dispositif.

En intégrant ce SEOM avec un circuit rapide à flux unique quantique (RSFQ), les chercheurs ont démontré avec succès un lien de données optiques fonctionnel égressant de froid en température ambiante. Cette percée ouvre la voie pour surmonter les limitations des connexions câblées coaxiales traditionnelles, qui ont longtemps entravé l'évolutivité et les performances des systèmes informatiques supraconducteurs.

Les implications de ce travail vont bien au-delà des applications de calcul classique. Dans le domaine en plein essor de l'informatique quantique, les circuits supraconducteurs jouent un rôle essentiel dans l'habilitation des démonstrations expérimentales de la suprématie quantique. En fournissant une interface optique rapide et efficace, la technologie SEOM pourrait débloquer de nouvelles voies pour l'échelle de ces systèmes quantiques, potentiellement débloquant tout le potentiel de cette technologie de pointe.

Bien que des défis subsistent dans la réduction plus loin des pertes optiques et l'amélioration de l'efficacité de transduction, les réalisations de Shen et al. servent de catalyseur puissant pour la poursuite du développement des liens de données optiques cryogéniques. Alors que la communauté scientifique repousse les limites des performances de calcul, cette approche innovante se distingue comme un phare d'espoir, tracer la voie pour un avenir où les merveilles éconergétiques des circuits supraconducteurs s'intègrent harmonieusement aux hautes vitesses des communications optiques.

Source: <https://www.nature.com/articles/s41566-024-01417-y>

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