用于微波频率量子机器的毫米波互连

超导微波电路构成了存储和操纵量子信息的通用平台。进一步可扩展性的一个主要挑战是寻找以高速率长距离连接这些系统的方法。一种方法是将微波电路的量子态转换为可在室温下以极低损耗传输数公里的光学光子。许多关于微波与光学之间电光转换的提议，利用对弱三波混频非线性的光学驱动来转换激发的频率。这种光学泵浦的残余吸收会导致加热，这在低温下是有问题的。在此，我们提出了一种替代方法，通过驱动非线性超导电路来实现微波频率与毫米波频率（300 GHz）光子之间的相互转换。为了理解微波与毫米波光子之间量子转换的潜力，我们考虑了非线性电路的驱动四波混频量子动力学。与驱动三波混频转换器的线性动力学不同，所提出的四波混频转换器具有非线性退相干通道，导致耦合和泵浦功率的参数空间更为复杂，我们对此进行了映射。我们通过在理论上推导无损耗电路中任意两个模式之间可获得的最大非线性耦合的上界，并基于现实材料合成一个饱和该上界的优化电路，考虑了此类转换电路的物理实现。我们提出的电路每个量子比特耗散的能量不到当前电光转换器的 $10^{-9}$ 倍。最后，我们概述了光学、微波和毫米波连接的量子链路预算，表明我们的方法对于实现城内或量子数据中心环境的互连量子处理器是可行的。