Az új bolométer jobb kriogén kvantumtechnológiákhoz vezethet – Physics World

Az új bolométer jobb kriogén kvantumtechnológiákhoz vezethet – Physics World

Időbélyeg: 4. július 2023. 10:26

Új bolométer
Menő ötlet: képek a bolométerről egy szilícium chipen. (Jóvolt: Jean-Philippe Girard/Aalto Egyetem)

Finnországi kutatók létrehoztak egy új típusú bolométert, amely a mikrohullámú frekvenciák széles skáláját fedi le. A munka a csapat korábbi kutatásaira épül, és az új technika potenciálisan jellemezheti a háttérzajforrásokat, és ezáltal segíthet a kvantumtechnológiákhoz szükséges kriogén környezet javításában.

A bolométer egy olyan műszer, amely méri a sugárzó hőt. A műszerek 140 éve léteznek, és fogalmilag egyszerű eszközök. Olyan elemet használnak, amely az elektromágneses spektrum egy meghatározott tartományában nyeli el a sugárzást. Emiatt a készülék felmelegszik, ami mérhető paraméterváltozást eredményez.

A bolométerek a részecskefizikától a csillagászatig és a biztonsági átvilágításig terjedő alkalmazásokat találtak. 2019-ben Mikko Möttönen A finn Aalto Egyetem munkatársa és munkatársai egy új, ultra-kicsi, ultraalacsony zajszintű bolométert fejlesztettek ki, amely egy normál arany-palládium nanohuzallal összekapcsolt szupravezető szakaszokból álló mikrohullámú rezonátort tartalmaz. Azt találták, hogy a rezonátorfrekvencia leesett, amikor a bolométert felmelegítették.

A qubitek mérése

2020-ban ugyanez a csoport a normál fémet grafénre cserélte, amelynek sokkal kisebb a hőkapacitása, és így 100-szor gyorsabban kellene mérnie a hőmérsékletváltozásokat. Az eredmény előnyökkel járhat az egyes szupravezető kvantumbitek (qubitek) állapotának mérésére használt jelenlegi technológiákkal szemben.

A szupravezető qubitek azonban köztudottan hajlamosak a hőfotonok klasszikus zajára, és az új munkában Möttönen és munkatársai a kvantumtechnológiai cég kutatóival együtt. Bluefors, ennek megoldására vállalkozott. A grafénbolométer egyetlen qubit érzékelésére összpontosít, és a relatív teljesítményszint mielőbbi mérésére, hogy meghatározza annak állapotát. Ebben a legújabb munkában azonban a kutatók minden forrásból származó zajt kerestek, ezért szélessávú elnyelőre volt szükségük. Meg kellett mérniük az abszolút teljesítményt is, amihez a bolométer kalibrálása szükséges.

Az egyik alkalmazás, amelyet a csapat kísérletei során bemutatott, a mikrohullámú veszteség és a zaj mértékének mérése volt a szobahőmérsékletű alkatrészektől az alacsony hőmérsékletű alkatrészekig terjedő kábelekben. Korábban a kutatók ezt úgy tették, hogy felerősítették az alacsony hőmérsékletű jelet, mielőtt összehasonlították volna egy szobahőmérsékletű referenciajellel.

Nagyon időigényes

„Ezeket a vonalakat jellemzően úgy kalibrálják, hogy egy jelet le, majd felfelé vezetnek, majd megmérik, mi történik” – magyarázza Möttönen –, de aztán egy kicsit bizonytalan vagyok, hogy a jelem elveszett-e a lefelé vagy felfelé menet. sokszor kell kalibrálni… és fel kell melegíteni a hűtőszekrényt… és ki kell cserélni a csatlakozásokat… és újra meg kell csinálni – ez nagyon időigényes.”

Ehelyett a kutatók egy apró elektromos egyenáramú fűtőelemet integráltak a bolométer hőelnyelőjébe, lehetővé téve számukra, hogy kalibrálják a környezetből felvett energiát egy általuk irányítható tápegységhez.

„Látod, mit fog látni a qubit” – mondja Möttönen. A kalibráláshoz használt femtowatt méretű fűtésnek – amely a kvantumeszköz működése közben kikapcsol – ne legyen érdemi hatása a rendszerre. A kutatók mellőzték a grafént, és a könnyebb előállítás és a késztermék jobb tartóssága miatt visszatértek a szupravezető-normál fém-szupravezető kialakításhoz a csomópontoknál: „Ezek az arany-palládium eszközök egy évtizedig szinte változatlanok maradnak a polcon. és azt szeretné, hogy a jellemzési eszközei idővel változatlanok maradjanak” – mondja Möttönen.

A kutatók most fejlesztik a zaj részletesebb spektrális szűrésének technológiáját. „A kvantumfeldolgozó egységbe érkező jelet erősen csillapítani kell, és ha a csillapító felforrósodik, az rossz… Szeretnénk látni, hogy milyen hőmérsékletű az adott vezeték különböző frekvenciákon, hogy megkapjuk a teljesítményspektrumot” – mondja Möttönen. . Ez segíthet annak eldöntésében, hogy melyik frekvenciát a legjobb választani, vagy segít optimalizálni a berendezést a kvantumszámításhoz.

„Lenyűgöző munka” – mondja egy kvantumtechnológus Martin Weides a Glasgow-i Egyetemen. „Számos, a kvantumtechnológiákhoz szükséges kriogén környezetben történő energiaátvitelre vonatkozó mérést kiegészíti. Lehetővé teszi az egyenáramtól a mikrohullámú frekvenciákig történő mérést, lehetővé teszi a kettő összehasonlítását, és maga a mérés egyszerű… Ha kvantumszámítógépet épít, akkor kriosztátot épít, és minden alkatrészét szeretné jellemezni. megbízhatóan, valószínűleg szeretne valami ilyesmit használni."

A kutatást a Tudományos műszerek áttekintése.    

Időbélyeg:

Még több Fizika Világa