سیستمی با ترکیب یک نقطه‌ی‌ کوانتومی و یک کاواک ابررسانا به جفت شدگی قوی نور-ماده برای این نوع از سیستم‌های ترکیبی دست یافته است.

در طراحی پردازنده‌های کوانتومی اغلب لازم است اطلاعات از کیوبیت‌های حالت جامد به سیگنال‌های نوری و برعکس تبدیل شود. به همین خاطر، محققان در حال طراحی سیستم‌هایی با جفت شدگی قوی بین نور و ماده بوده‌اند که به صورت آهنگ تبادل انرژی بزرگتر از آهنگ اتلاف آن، تعریف می‌شود. ابزار جدیدی مشتمل بر یک نقطه کوانتومی و یک کاواک ابررسانا به قویترین جفت شدگیِ نور-ماده در این نوع سیستم‌ ترکیبی تا به حال دست پیدا کرده است. از این این طرح، که عموماً قابل اجرا بر روی انواع مختلفی از ساختار‌های تراشه است، می‌توان برای ارتباط کیوبیت‌های دور از طریق فوتون‌های میکروویو استفاده کرد.

تلاش‌های اولیه برای ارتقاء جفت شدگی، بر روی اتم‌های داخل کاواک‌های نوری متمرکز بود که در آن‌ اتم‌های سیگنال با یکی از مدهای کاواک به تبادل انرژی می‌پرداختند. رسیدن به یک جفت شدگی قوی برای محققان کار بسیار سختی بود . جفت‌شدگی قوی در سیستم‌های ترکیبیِ نیمه رسانا همین تازگی‌ها امکانپذیر شد. در این روش، اتم‌ها با نانوساختارهای نیمه‌رسانا، که مانند اتم‌های مصنوعی رفتار می‌کنند، جایگزین شدند و کاواک‌ها هم مدارهای ابررسانایی بودند که در فرکانس‌های رادیویی یا میکروویو تشدید می‌شدند.

سیستم ترکیبی جدید کاری از گروه آندریاس والراف Andreas Wallraff در مرکز فناوری فدرال سوئیس (ETH) در زوریخ است و بالقوه مشتمل بر جفت شدگی برانگیختگی‌های بار روی یک نقطه‌ی کوانتومی دوتایی به فوتون‌های میکروویو در کاواکی با 32 اسکوئید SQUID (ابزارهای تداخل کوانتومی ابررسانا) است. این آرایه‌ی اسکوئید، به کاواک امپدانس بالای منحصر به فرد (1800 اهم)  می‌دهد به طوریکه نوسانات کوانتومی درون کاواک به جای مولفه‌ی مغناطیسی، مولفه‌ی میدان الکتریکیِ بزرگی دارند. نوسانات الکتریکی با بارهای نقطه برهمکنش کرده، منجر به یک جفت شدگی قوی کاواک-نقطه می‌شود که به طور قابل ملاحظه‌ای بزرگتر از سایر سیستم‌های ترکیبی با فناوری امپدانس استاندارد (50 اهم) است.  

این تحقیق در Physical Review X به چاپ رسیده است.

منبع