Nuevo bolómetro podría conducir a mejores tecnologías cuánticas criogénicas – Physics World

Un nuevo tipo de bolómetro que cubre una amplia gama de frecuencias de microondas ha sido creado por investigadores en Finlandia. El trabajo se basa en investigaciones previas del equipo y la nueva técnica podría caracterizar potencialmente las fuentes de ruido de fondo y, por lo tanto, ayudar a mejorar los entornos criogénicos necesarios para las tecnologías cuánticas.

Un bolómetro es un instrumento que mide el calor radiante. Los instrumentos existen desde hace 140 años y son dispositivos conceptualmente simples. Utilizan un elemento que absorbe la radiación en una región específica del espectro electromagnético. Esto hace que el dispositivo se caliente, lo que provoca un cambio de parámetro que se puede medir.

Los bolómetros han encontrado aplicaciones que van desde la física de partículas hasta la astronomía y la detección de seguridad. En 2019 Mikko Mottönen de la Universidad de Aalto en Finlandia y sus colegas desarrollaron un nuevo bolómetro ultrapequeño y de ruido ultrabajo que comprende un resonador de microondas hecho de una serie de secciones superconductoras unidas por un nanocable de oro-paladio normal. Descubrieron que la frecuencia del resonador caía cuando se calentaba el bolómetro.

Medición de qubits

En 2020, el mismo grupo cambió el metal normal por grafeno, que tiene una capacidad térmica mucho menor y, por lo tanto, debería medir los cambios de temperatura 100 veces más rápido. El resultado podría tener ventajas sobre las tecnologías actuales utilizadas para medir los estados de bits cuánticos superconductores individuales (qubits).

Los qubits superconductores, sin embargo, son notoriamente propensos al ruido clásico de los fotones térmicos y, en el nuevo trabajo, Möttönen y sus colegas, junto con investigadores de la compañía de tecnología cuántica. azulfors, se dispuso a abordar esto. El bolómetro de grafeno se enfoca en detectar un solo qubit y en medir el nivel de potencia relativa lo más rápido posible para determinar su estado. En este último trabajo, sin embargo, los investigadores buscaban ruido de todas las fuentes, por lo que necesitaban un absorbente de banda ancha. También necesitaban medir la potencia absoluta, lo que requiere la calibración del bolómetro.

Una de las aplicaciones que el equipo demostró en sus experimentos fue la medición de la cantidad de pérdida de microondas y ruido en los cables que van desde los componentes de temperatura ambiente hasta los componentes de baja temperatura. Previamente, los investigadores han hecho esto amplificando la señal de baja temperatura antes de compararla con una señal de referencia a temperatura ambiente.

Consume mucho tiempo

“Estas líneas generalmente se han calibrado ejecutando una señal hacia abajo, volviéndola a ejecutar y luego midiendo lo que sucede”, explica Möttönen, “pero luego no estoy seguro de si mi señal se perdió en el camino hacia abajo o hacia arriba, así que tengo que calibrar muchas veces... y calentar el refrigerador... y cambiar las conexiones... y volver a hacerlo, lleva mucho tiempo”.

En su lugar, por lo tanto, los investigadores integraron un pequeño calentador eléctrico de corriente continua en el absorbedor térmico del bolómetro, lo que les permitió calibrar la energía absorbida del entorno contra una fuente de alimentación que podían controlar.

“Ves lo que verá el qubit”, dice Möttönen. El calentamiento a escala de femtovatios utilizado para la calibración, que se apaga durante el funcionamiento del dispositivo cuántico, no debería tener un efecto significativo en el sistema. Los investigadores evitaron el grafeno, volviendo a un diseño superconductor-metal normal-superconductor para las uniones debido a la mayor facilidad de producción y una mejor durabilidad del producto terminado: "Estos dispositivos de oro-paladio permanecerán casi sin cambios en el estante durante una década, y quiere que sus herramientas de caracterización permanezcan sin cambios con el tiempo”, dice Möttönen.

El bolómetro basado en grafeno funciona a velocidades ultrarrápidas

Los investigadores ahora están desarrollando la tecnología para un filtrado espectral más detallado del ruido. "La señal que ingresa a su unidad de procesamiento cuántico tiene que estar muy atenuada, y si el atenuador se calienta, eso es malo... Nos gustaría ver cuál es la temperatura de esa línea en diferentes frecuencias para obtener el espectro de potencia", dice Möttönen. . Esto podría ayudar a decidir qué frecuencias son las mejores para elegir o ayudar a optimizar el equipo para la computación cuántica.

"Es un trabajo impresionante", dice el tecnólogo cuántico. Martín Weides de la Universidad de Glasgow. “Se suma a una serie de mediciones existentes sobre la transferencia de energía en entornos criogénicos necesarios para las tecnologías cuánticas. Le permite medir desde CC hasta frecuencias de microondas, le permite comparar ambas, y la medición en sí es sencilla... Si está construyendo una computadora cuántica, está construyendo un criostato y desea caracterizar todos sus componentes. confiablemente, probablemente le gustaría usar algo como esto.”

La investigación se publica en Revisión de instrumentos científicos.    

• Distribución de relaciones públicas y contenido potenciado por SEO. Consiga amplificado hoy.
• PlatoData.Network Vertical Generativo Ai. Empodérate. Accede Aquí.
• PlatoAiStream. Inteligencia Web3. Conocimiento amplificado. Accede Aquí.
• PlatoESG. Automoción / vehículos eléctricos, Carbón, tecnología limpia, Energía, Ambiente, Solar, Gestión de residuos. Accede Aquí.
• Desplazamientos de bloque. Modernización de la propiedad de compensaciones ambientales. Accede Aquí.
• Fuente: https://physicsworld.com/a/new-bolometer-could-lead-to-better-cryogenic-quantum-technologies/