नया बोलोमीटर बेहतर क्रायोजेनिक क्वांटम प्रौद्योगिकियों को जन्म दे सकता है - फिजिक्स वर्ल्ड

नया बोलोमीटर बेहतर क्रायोजेनिक क्वांटम प्रौद्योगिकियों को जन्म दे सकता है - फिजिक्स वर्ल्ड

समय टिकट: 4 जुलाई, 2023 सुबह 10:26 बजे

नया बोलोमीटर
बढ़िया विचार: सिलिकॉन चिप पर बोलोमीटर की छवियां। (सौजन्य: जीन-फिलिप गिरार्ड/आल्टो विश्वविद्यालय)

फ़िनलैंड के शोधकर्ताओं द्वारा एक नए प्रकार का बोलोमीटर बनाया गया है जो माइक्रोवेव आवृत्तियों की एक विस्तृत श्रृंखला को कवर करता है। यह काम टीम के पिछले शोध पर आधारित है और नई तकनीक संभावित रूप से पृष्ठभूमि शोर स्रोतों की विशेषता बता सकती है और इस तरह क्वांटम प्रौद्योगिकियों के लिए आवश्यक क्रायोजेनिक वातावरण को बेहतर बनाने में मदद कर सकती है।

बोलोमीटर एक उपकरण है जो तेज गर्मी को मापता है। उपकरण 140 वर्षों से अस्तित्व में हैं और वैचारिक रूप से सरल उपकरण हैं। वे एक ऐसे तत्व का उपयोग करते हैं जो विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के एक विशिष्ट क्षेत्र में विकिरण को अवशोषित करता है। इससे उपकरण गर्म हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप पैरामीटर में बदलाव होता है जिसे मापा जा सकता है।

बोलोमीटर में कण भौतिकी से लेकर खगोल विज्ञान और सुरक्षा जांच तक के अनुप्रयोग पाए गए हैं। 2019 में मिक्को मोत्तोनेन फ़िनलैंड में आल्टो विश्वविद्यालय और उनके सहयोगियों ने एक नया अल्ट्रा-छोटा, अल्ट्रालो-शोर बोलोमीटर विकसित किया है जिसमें सामान्य सोने-पैलेडियम नैनोवायर से जुड़े सुपरकंडक्टिंग अनुभागों की एक श्रृंखला से बना माइक्रोवेव रेज़ोनेटर शामिल है। उन्होंने पाया कि बोलोमीटर को गर्म करने पर रेज़ोनेटर आवृत्ति कम हो गई।

मापन qubits

2020 में वही ग्रुप ग्राफीन के लिए सामान्य धातु की अदला-बदली की गई, जिसकी तापीय क्षमता बहुत कम है और इस प्रकार तापमान परिवर्तन को 100 गुना तेजी से मापना चाहिए। परिणाम में व्यक्तिगत सुपरकंडक्टिंग क्वांटम बिट्स (क्यूबिट्स) की स्थिति को मापने के लिए उपयोग की जाने वाली वर्तमान प्रौद्योगिकियों पर लाभ हो सकता है।

हालाँकि, सुपरकंडक्टिंग क्वैबिट, थर्मल फोटॉन के शास्त्रीय शोर के लिए कुख्यात हैं, और नए काम में मोत्तोनेन और उनके सहयोगियों ने क्वांटम प्रौद्योगिकी कंपनी के शोधकर्ताओं के साथ मिलकर काम किया है। ब्लूफ़ोर्स, इससे निपटने के लिए निकल पड़े। ग्राफीन बोलोमीटर एक एकल क्वबिट को संवेदन देने और उसकी स्थिति निर्धारित करने के लिए जितनी जल्दी हो सके सापेक्ष शक्ति स्तर को मापने पर ध्यान केंद्रित करता है। हालाँकि, इस नवीनतम कार्य में, शोधकर्ता सभी स्रोतों से शोर की तलाश कर रहे थे, इसलिए उन्हें एक ब्रॉडबैंड अवशोषक की आवश्यकता थी। उन्हें निरपेक्ष शक्ति को मापने की भी आवश्यकता थी, जिसके लिए बोलोमीटर के अंशांकन की आवश्यकता होती है।

टीम ने अपने प्रयोगों में जिन अनुप्रयोगों का प्रदर्शन किया उनमें से एक कमरे के तापमान घटकों से कम तापमान वाले घटकों तक चलने वाले केबलों में माइक्रोवेव हानि और शोर की मात्रा का माप था। पहले, शोधकर्ताओं ने कमरे के तापमान पर संदर्भ सिग्नल से तुलना करने से पहले कम तापमान सिग्नल को बढ़ाकर ऐसा किया है।

बहुत समय लेने वाला

मोत्तोनेन बताते हैं, "इन लाइनों को आम तौर पर सिग्नल को नीचे चलाकर, इसे वापस ऊपर चलाकर और फिर क्या होता है इसे मापकर कैलिब्रेट किया गया है," लेकिन फिर मैं थोड़ा अनिश्चित हूं कि मेरा सिग्नल नीचे या ऊपर जाते समय खो गया था इसलिए मैं कई बार कैलिब्रेट करना पड़ता है...और फ्रिज को गर्म करना पड़ता है...और कनेक्शन बदलना पड़ता है...और इसे दोबारा करना पड़ता है - इसमें बहुत समय लगता है।''

इसके बजाय, शोधकर्ताओं ने बोलोमीटर के थर्मल अवशोषक में एक छोटे विद्युत प्रत्यक्ष-वर्तमान हीटर को एकीकृत किया, जिससे उन्हें बिजली की आपूर्ति के खिलाफ आसपास से अवशोषित बिजली को कैलिब्रेट करने की अनुमति मिली जिसे वे नियंत्रित कर सकते थे।

मोत्तोनेन कहते हैं, "आप वही देखते हैं जो क्वबिट देखेगा।" अंशांकन के लिए उपयोग किया जाने वाला फेमटोवाट-स्केल हीटिंग - जो क्वांटम डिवाइस के संचालन के दौरान बंद हो जाता है - का सिस्टम पर कोई सार्थक प्रभाव नहीं होना चाहिए। शोधकर्ताओं ने उत्पादन में अधिक आसानी और तैयार उत्पाद के बेहतर स्थायित्व के कारण जंक्शनों के लिए सुपरकंडक्टर-सामान्य धातु-सुपरकंडक्टर डिज़ाइन पर लौटते हुए ग्राफीन को छोड़ दिया: "ये सोने-पैलेडियम उपकरण एक दशक तक शेल्फ पर लगभग अपरिवर्तित रहेंगे, और आप चाहते हैं कि आपके लक्षण वर्णन उपकरण समय के साथ अपरिवर्तित रहें,'' मोत्तोनेन कहते हैं।

शोधकर्ता अब शोर के अधिक विस्तृत वर्णक्रमीय फ़िल्टरिंग के लिए तकनीक विकसित कर रहे हैं। "आपके क्वांटम प्रोसेसिंग यूनिट में आने वाले सिग्नल को बहुत अधिक क्षीण करना पड़ता है, और यदि एटेन्यूएटर गर्म हो जाता है, तो यह बुरा है... हम यह देखना चाहेंगे कि पावर स्पेक्ट्रम प्राप्त करने के लिए विभिन्न आवृत्तियों पर उस लाइन का तापमान क्या है," मोत्तोनेन कहते हैं . इससे यह तय करने में मदद मिल सकती है कि कौन सी आवृत्तियों को चुनना सबसे अच्छा है या क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए उपकरणों को अनुकूलित करने में मदद मिलेगी।

क्वांटम टेक्नोलॉजिस्ट का कहना है, ''यह प्रभावशाली काम है।'' मार्टिन वीड्स ग्लासगो विश्वविद्यालय के. “यह क्वांटम प्रौद्योगिकियों के लिए आवश्यक क्रायोजेनिक वातावरण में बिजली के हस्तांतरण पर कई मौजूदा मापों को जोड़ता है। यह आपको डीसी से माइक्रोवेव आवृत्तियों तक मापने की अनुमति देता है, यह आपको दोनों की तुलना करने की अनुमति देता है, और माप स्वयं सीधा है... यदि आप एक क्वांटम कंप्यूटर बना रहे हैं, आप एक क्रायोस्टेट बना रहे हैं, और आप अपने सभी घटकों को चिह्नित करना चाहते हैं विश्वसनीय रूप से, आप संभवतः कुछ इस तरह का उपयोग करना चाहेंगे।"

शोध में प्रकाशित किया गया है वैज्ञानिक उपकरणों की समीक्षा.    

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