Uus bolomeeter võib viia paremate krüogeensete kvanttehnoloogiateni – Physics World

Soome teadlased on loonud uut tüüpi bolomeetri, mis katab laias valikus mikrolaineahju sagedusi. Töö põhineb meeskonna varasematel uuringutel ja uus tehnika võib potentsiaalselt iseloomustada taustmüra allikaid ja aidata seeläbi parandada kvanttehnoloogiate jaoks vajalikke krüogeenseid keskkondi.

Bolomeeter on seade, mis mõõdab kiirgussoojust. Instrumendid on eksisteerinud 140 aastat ja on põhimõtteliselt lihtsad seadmed. Nad kasutavad elementi, mis neelab kiirgust teatud elektromagnetilise spektri piirkonnas. See põhjustab seadme kuumenemise, mille tulemuseks on parameetrite muutus, mida saab mõõta.

Bolomeetrid on leidnud rakendusi alates osakeste füüsikast kuni astronoomia ja turvakontrollini. 2019. aastal Mikko Möttönen Soome Aalto ülikooli teadlane ja tema kolleegid töötasid välja uue üliväikese ülimadala müratasemega bolomeetri, mis koosneb mikrolaineresonaatorist, mis on valmistatud ülijuhtivatest osadest, mis on ühendatud tavalise kuld-pallaadiumi nanojuhtmega. Nad leidsid, et bolomeetri kuumutamisel resonaatori sagedus langes.

Kubittide mõõtmine

2020. aastal sama grupp vahetas tavalise metalli grafeeni vastu, millel on palju väiksem soojusmahtuvus ja seega peaks temperatuurimuutusi mõõtma 100 korda kiiremini. Tulemusel võib olla eeliseid võrreldes praeguste tehnoloogiatega, mida kasutatakse üksikute ülijuhtivate kvantbittide (kubittide) olekute mõõtmiseks.

Ülijuhtivad kubitid on aga kurikuulsalt altid termiliste footonite klassikalisele mürale ning uues töös on Möttönen ja tema kolleegid koos kvanttehnoloogia ettevõtte teadlastega. Bluefors, asus sellega tegelema. Grafeenbolomeeter keskendub ühe kubiti tuvastamisele ja suhtelise võimsustaseme võimalikult kiirele mõõtmisele, et määrata selle olek. Selles viimases töös otsisid teadlased aga kõigist allikatest pärit müra, mistõttu vajasid nad lairiba neeldurit. Neil oli vaja mõõta ka absoluutvõimsust, mis nõuab bolomeetri kalibreerimist.

Üks rakendustest, mida meeskond oma katsetes demonstreeris, oli mikrolaine kadude ja müra mõõtmine kaablites, mis kulgevad toatemperatuuri komponentidest kuni madala temperatuuriga komponentideni. Varem on teadlased seda teinud, võimendades madala temperatuuri signaali, enne kui võrdlesid seda toatemperatuuril oleva võrdlussignaaliga.

Väga aeganõudev

"Need liinid on tavaliselt kalibreeritud nii, et signaal on alla lastud, uuesti üles tõstetud ja seejärel mõõta, mis juhtub," selgitab Möttönen, "aga siis pole ma kindel, kas mu signaal läks alla- või ülessõidul kaduma. pean mitu korda kalibreerima...ja külmkappi soojendama...ja ühendusi vahetama...ja uuesti tegema – see on väga aeganõudev.

Selle asemel integreerisid teadlased väikese elektrilise alalisvooluküttekeha bolomeetri termilise neelduriga, võimaldades neil kalibreerida ümbruskonnast neeldunud võimsust toiteallika suhtes, mida nad saaksid juhtida.

"Näete, mida qubit näeb," ütleb Möttönen. Kalibreerimiseks kasutatav femtovatt-skaala küte – mis on kvantseadme töötamise ajal välja lülitatud – ei tohiks süsteemile olulist mõju avaldada. Teadlased hoidusid grafeenist, naases ühenduskohtade ülijuht-tavalise metalli-ülijuhi kujundusele, kuna tootmine on lihtsam ja valmistoode parem vastupidavus: „Need kuldpallaadiumiseadmed jäävad riiulile kümneks aastaks peaaegu muutumatuks. ja soovite, et teie iseloomustustööriistad jääksid aja jooksul muutumatuks, ”ütleb Möttönen.

Grafeenil põhinev bolomeeter töötab ülikiiretel kiirustel

Teadlased arendavad nüüd müra üksikasjalikuma spektraalse filtreerimise tehnoloogiat. "Signaal, mis teie kvanttöötlusseadmesse tuleb, peab olema tugevalt summutatud ja kui summuti kuumeneb, on see halb... Tahaksime näha, milline on selle liini temperatuur erinevatel sagedustel, et saada võimsusspekter," ütleb Möttönen. . See võib aidata otsustada, milliseid sagedusi on kõige parem valida, või optimeerida kvantandmetöötluse seadmeid.

"See on muljetavaldav töö," ütleb kvanttehnoloog Martin Weides Glasgow ülikoolist. "See lisab arvukatele olemasolevatele mõõtmistele kvanttehnoloogiate jaoks vajalike krüogeensetes keskkondades võimsuse ülekandmise kohta. See võimaldab teil mõõta alalisvoolust kuni mikrolaine sagedusteni, see võimaldab teil mõlemat võrrelda ja mõõtmine ise on lihtne... Kui ehitate kvantarvutit, siis ehitate krüostaati ja soovite iseloomustada kõiki oma komponente usaldusväärselt, tõenäoliselt tahaksite midagi sellist kasutada."

Uuring on avaldatud aastal Ülevaade teadusvahenditest.    

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Autod/elektrisõidukid, Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• BlockOffsets. Keskkonnakompensatsiooni omandi ajakohastamine. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/new-bolometer-could-lead-to-better-cryogenic-quantum-technologies/