Uusi bolometri voi johtaa parempiin kryogeenisiin kvanttiteknologioihin – Physics World

Suomalaiset tutkijat ovat kehittäneet uudentyyppisen bolometrin, joka kattaa laajan valikoiman mikroaaltouunien taajuuksia. Työ perustuu ryhmän aikaisempiin tutkimuksiin ja uusi tekniikka voisi mahdollisesti karakterisoida taustamelulähteitä ja siten auttaa parantamaan kvanttiteknologioille välttämättömiä kryogeenisiä ympäristöjä.

Bolometri on laite, joka mittaa säteilylämpöä. Instrumentit ovat olleet olemassa 140 vuotta ja ovat käsitteellisesti yksinkertaisia ​​laitteita. Ne käyttävät elementtiä, joka absorboi säteilyä tietyllä sähkömagneettisen spektrin alueella. Tämä aiheuttaa laitteen lämpenemisen, mikä johtaa parametrien muutokseen, joka voidaan mitata.

Bolometreillä on sovelluksia, jotka vaihtelevat hiukkasfysiikasta astronomiaan ja turvatarkastuksiin. Vuonna 2019 Mikko Möttönen Aalto-yliopiston kollegoineen kehittivät uuden ultrapienen, ultramatalakohinaisen bolometrin, joka koostuu sarjasta suprajohtavista osista, jotka on yhdistetty normaalilla kulta-palladium-nanolangalla. He havaitsivat, että resonaattorin taajuus putosi, kun bolometriä lämmitettiin.

Kubittien mittaaminen

Vuonna 2020 sama ryhmä vaihtanut tavallisen metallin grafeeniin, jolla on paljon pienempi lämpökapasiteetti ja sen pitäisi siksi mitata lämpötilan muutoksia 100 kertaa nopeammin. Tuloksella voi olla etuja verrattuna nykyisiin teknologioihin, joita käytetään yksittäisten suprajohtavien kvanttibittien (kubittien) tilojen mittaamiseen.

Suprajohtavat kubitit ovat kuitenkin tunnetusti alttiita lämpöfotonien klassiselle kohinalle, ja uudessa työssä Möttönen kollegoineen yhdessä kvanttiteknologiayrityksen tutkijoiden kanssa. Bluefors, päätti puuttua tähän. Grafeenibolometri keskittyy yksittäisen kubitin tunnistamiseen ja suhteellisen tehotason mittaamiseen mahdollisimman nopeasti sen tilan määrittämiseksi. Tässä uusimmassa työssä tutkijat kuitenkin etsivät kohinaa kaikista lähteistä, joten he tarvitsivat laajakaistan vaimentimen. Heidän piti myös mitata absoluuttinen teho, mikä edellyttää bolometrin kalibrointia.

Yksi sovelluksista, joita ryhmä esitteli kokeissaan, oli mikroaaltohäviön ja kohinan mittaaminen kaapeleissa, jotka kulkevat huoneenlämpöisistä komponenteista matalan lämpötilan komponentteihin. Aiemmin tutkijat ovat tehneet tämän vahvistamalla matalan lämpötilan signaalia ennen kuin verrataan sitä huoneenlämpötilassa olevaan vertailusignaaliin.

Erittäin aikaa vievää

"Nämä linjat on yleensä kalibroitu ajamalla signaali alas, ajamalla se takaisin ylös ja sitten mittaamalla, mitä tapahtuu", Möttönen selittää, "mutta sitten olen hieman epävarma, katosiko signaalini matkalla alas vai ylös, joten minä täytyy kalibroida monta kertaa…ja lämmittää jääkaappi…ja vaihtaa liitännät…ja tehdä se uudelleen – se vie paljon aikaa.”

Sen sijaan tutkijat integroivat pienen sähköisen tasavirtalämmittimen bolometrin lämmönvaimentimeen, jolloin he pystyivät kalibroimaan ympäristöstä absorboituneen tehon virtalähdettä vastaan, jota he voisivat hallita.

”Sinä näet, mitä kubitti näkee”, Möttönen sanoo. Kalibrointiin käytetyllä femtowattimittakaisella lämmityksellä – joka sammuu kvanttilaitteen toiminnan aikana – ei pitäisi olla merkittävää vaikutusta järjestelmään. Tutkijat välttelivät grafeenia ja palasivat suprajohde-normaali metalli-suprajohde -malliin liitoksissa, koska tuotanto on helpompaa ja valmiin tuotteen kestävyys parempi: "Nämä kulta-palladium-laitteet pysyvät lähes muuttumattomina hyllyssä vuosikymmenen ajan, ja haluat, että karakterisointityökalusi pysyvät muuttumattomina ajan myötä”, Möttönen sanoo.

Grafeenipohjainen bolometri toimii erittäin nopeilla nopeuksilla

Tutkijat kehittävät nyt tekniikkaa kohinan yksityiskohtaisempaan spektrisuodatukseen. "Kvanttiprosessointiyksikköön tuleva signaali täytyy vaimentaa voimakkaasti, ja jos vaimennin lämpenee, se on huonoa... Haluaisimme nähdä, mikä on sen linjan lämpötila eri taajuuksilla, jotta saadaan tehospektri", Möttönen sanoo. . Tämä voisi auttaa päättämään, mitkä taajuudet on parasta valita, tai auttaa optimoimaan laitteet kvanttilaskentaa varten.

"Se on vaikuttavaa työtä", sanoo kvanttiteknologi Martin Weides Glasgow'n yliopistosta. "Se lisää useita olemassa olevia mittauksia voimansiirrosta kryogeenisissa ympäristöissä, joita kvanttiteknologiat tarvitsevat. Sen avulla voit mitata tasavirrasta mikroaaltotaajuuksiin, sen avulla voit vertailla molempia, ja itse mittaus on suoraviivaista… Jos rakennat kvanttitietokonetta, rakennat kryostaattia ja haluat karakterisoida kaikki komponentit luotettavasti, luultavasti haluaisit käyttää jotain tällaista."

Tutkimus julkaistaan Katsaus tieteellisiin instrumentteihin.    

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. Autot / sähköautot, hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• BlockOffsets. Ympäristövastuun omistuksen nykyaikaistaminen. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/new-bolometer-could-lead-to-better-cryogenic-quantum-technologies/