بولومتر جدید می تواند به فناوری های کوانتومی برودتی بهتر منجر شود - Physics World

نوع جدیدی از بولومتر که طیف وسیعی از فرکانس های مایکروویو را پوشش می دهد توسط محققان فنلاند ساخته شده است. این کار بر اساس تحقیقات قبلی تیم انجام شده است و تکنیک جدید می تواند به طور بالقوه منابع نویز پس زمینه را مشخص کند و در نتیجه به بهبود محیط های برودتی لازم برای فناوری های کوانتومی کمک کند.

بولومتر ابزاری است که گرمای تابشی را اندازه گیری می کند. ابزارها 140 سال است که وجود دارند و از نظر مفهومی وسایل ساده ای هستند. آنها از عنصری استفاده می کنند که تابش را در ناحیه خاصی از طیف الکترومغناطیسی جذب می کند. این باعث گرم شدن دستگاه می شود و در نتیجه تغییر پارامتر قابل اندازه گیری است.

بلومترها کاربردهایی از فیزیک ذرات گرفته تا نجوم و غربالگری امنیتی پیدا کرده اند. در سال 2019 میکو موتنن از دانشگاه آلتو در فنلاند و همکارانش یک بولومتر فوق‌العاده کوچک جدید با نویز فوق‌العاده کم ساخته‌اند که شامل یک تشدیدگر مایکروویو ساخته شده از یک سری بخش‌های ابررسانا است که توسط یک نانوسیم معمولی طلا-پالادیوم به هم وصل شده‌اند. آنها دریافتند که فرکانس تشدید کننده با گرم شدن بولومتر کاهش می یابد.

اندازه گیری کیوبیت

در سال 2020، همین گروه فلز معمولی را با گرافن عوض کردکه ظرفیت حرارتی بسیار کمتری دارد و بنابراین باید تغییرات دما را 100 برابر سریعتر اندازه گیری کند. نتیجه می‌تواند نسبت به فناوری‌های فعلی که برای اندازه‌گیری وضعیت بیت‌های کوانتومی ابررسانا (کیوبیت‌ها) استفاده می‌شوند، مزایایی داشته باشد.

با این حال، کیوبیت‌های ابررسانا مستعد نویز کلاسیک فوتون‌های حرارتی هستند و در کار جدید موتونن و همکارانش به همراه محققان شرکت فناوری کوانتومی بلوفورز، برای مقابله با این موضوع اقدام کرد. بولومتر گرافن بر روی سنجش یک کیوبیت و بر اندازه‌گیری سطح توان نسبی در سریع‌ترین زمان ممکن برای تعیین وضعیت آن تمرکز دارد. با این حال، در این آخرین کار، محققان به دنبال نویز از همه منابع بودند، بنابراین به یک جاذب باند پهن نیاز داشتند. آنها همچنین نیاز به اندازه گیری توان مطلق داشتند که نیاز به کالیبراسیون بولومتر دارد.

یکی از کاربردهایی که این تیم در آزمایش‌های خود نشان دادند، اندازه‌گیری میزان تلفات مایکروویو و نویز در کابل‌هایی بود که از اجزای دمای اتاق تا اجزای دمای پایین اجرا می‌شدند. پیش از این، محققان این کار را با تقویت سیگنال دمای پایین قبل از مقایسه آن با سیگنال مرجع در دمای اتاق انجام می دادند.

بسیار وقت گیر

موتنن توضیح می‌دهد: «این خطوط معمولاً با پایین آوردن سیگنال، بازگرداندن آن به بالا و سپس اندازه‌گیری آنچه اتفاق می‌افتد، کالیبره می‌شوند، اما پس از آن من کمی مطمئن نیستم که سیگنال من در مسیر پایین یا بالا از بین رفته است. باید بارها کالیبره کنید...و یخچال را گرم کنید...و اتصالات را عوض کنید...و دوباره این کار را انجام دهید – بسیار زمان بر است.

بنابراین، در عوض، محققان یک بخاری جریان مستقیم الکتریکی کوچک را در جاذب حرارتی بولومتر ادغام کردند و به آنها اجازه داد تا توان جذب شده از محیط اطراف را با منبع تغذیه ای که می توانستند کنترل کنند، کالیبره کنند.

موتونن می گوید: «شما می بینید که کیوبیت چه خواهد دید. گرمایش در مقیاس فمتووات که برای کالیبراسیون استفاده می شود - که در حین کار دستگاه کوانتومی خاموش می شود - نباید تأثیر معنی داری بر سیستم داشته باشد. محققان از گرافن اجتناب کردند و به دلیل سهولت بیشتر تولید و دوام بهتر محصول نهایی، به طراحی ابررسانا-فلز معمولی- ابررسانا برای اتصالات بازگشتند: «این دستگاه های طلا-پالادیوم تقریباً بدون تغییر در قفسه برای یک دهه باقی خواهند ماند. و شما می خواهید که ابزار شخصیت پردازی شما در طول زمان بدون تغییر باقی بماند.

بولومتر مبتنی بر گرافن با سرعت فوق العاده سریع کار می کند

محققان اکنون در حال توسعه فناوری برای فیلتر کردن طیفی دقیق تر نویز هستند. موتونن می‌گوید: «سیگنالی که به واحد پردازش کوانتومی شما می‌آید باید به شدت تضعیف شود، و اگر تضعیف‌کننده داغ شود، بد است... ما می‌خواهیم ببینیم دمای آن خط در فرکانس‌های مختلف چقدر است تا طیف توان را دریافت کنیم.» . این می تواند به تصمیم گیری در مورد بهترین فرکانس ها برای انتخاب کمک کند یا به بهینه سازی تجهیزات برای محاسبات کوانتومی کمک کند.

فن‌آور کوانتومی می‌گوید: «این کار چشمگیر است مارتین ویدز از دانشگاه گلاسکو "این به تعدادی از اندازه گیری های موجود در مورد انتقال قدرت در محیط های برودتی مورد نیاز برای فناوری های کوانتومی اضافه می کند. این به شما امکان می دهد فرکانس های dc تا مایکروویو را اندازه گیری کنید، به شما امکان می دهد هر دو را با هم مقایسه کنید، و اندازه گیری به خودی خود ساده است... اگر در حال ساخت یک کامپیوتر کوانتومی هستید، در حال ساختن یک کرایوستات هستید و می خواهید تمام اجزای خود را مشخص کنید. به طور قابل اعتماد، احتمالاً دوست دارید از چیزی شبیه به این استفاده کنید."

این تحقیق در منتشر شده است بررسی ابزارهای علمی.    

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. خودرو / خودروهای الکتریکی، کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• BlockOffsets. نوسازی مالکیت افست زیست محیطی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/new-bolometer-could-lead-to-better-cryogenic-quantum-technologies/