Bolometer baru dapat menghasilkan teknologi kuantum kriogenik yang lebih baik – Dunia Fisika

Jenis bolometer baru yang mencakup rentang frekuensi gelombang mikro yang luas telah dibuat oleh para peneliti di Finlandia. Pekerjaan dibangun di atas penelitian sebelumnya oleh tim dan teknik baru berpotensi mengkarakterisasi sumber kebisingan latar belakang dan dengan demikian membantu meningkatkan lingkungan kriogenik yang diperlukan untuk teknologi kuantum.

Bolometer adalah alat yang mengukur panas radiasi. Instrumen telah ada selama 140 tahun dan secara konseptual merupakan perangkat sederhana. Mereka menggunakan elemen yang menyerap radiasi di wilayah tertentu dari spektrum elektromagnetik. Ini menyebabkan perangkat menjadi panas, menghasilkan perubahan parameter yang dapat diukur.

Bolometer telah menemukan aplikasi mulai dari fisika partikel hingga astronomi dan pemeriksaan keamanan. Pada tahun 2019 Mikko Möttönen dari Aalto University di Finlandia dan rekannya mengembangkan bolometer ultra-kecil, sangat rendah kebisingan baru yang terdiri dari resonator gelombang mikro yang terbuat dari serangkaian bagian superkonduktor yang digabungkan dengan kawat nano emas-paladium biasa. Mereka menemukan bahwa frekuensi resonator turun saat bolometer dipanaskan.

Mengukur qubit

Pada tahun 2020, grup yang sama menukar logam normal untuk graphene, yang memiliki kapasitas termal jauh lebih rendah dan dengan demikian harus mengukur perubahan suhu 100 kali lebih cepat. Hasilnya bisa memiliki keunggulan dibandingkan teknologi saat ini yang digunakan untuk mengukur keadaan bit kuantum superkonduktor individu (qubit).

Qubit superkonduktor, bagaimanapun, terkenal rentan terhadap kebisingan klasik foton termal, dan dalam karya baru Möttönen dan rekannya, bersama dengan para peneliti di perusahaan teknologi kuantum Bluefor, berangkat untuk mengatasi ini. Bolometer graphene berfokus pada penginderaan satu qubit, dan mengukur tingkat daya relatif secepat mungkin untuk menentukan keadaannya. Namun, dalam karya terbaru ini, para peneliti mencari kebisingan dari semua sumber, sehingga mereka membutuhkan penyerap broadband. Mereka juga perlu mengukur kekuatan absolut, yang membutuhkan kalibrasi bolometer.

Salah satu aplikasi yang didemonstrasikan oleh tim dalam percobaan mereka adalah pengukuran jumlah gelombang mikro yang hilang dan kebisingan pada kabel yang berjalan dari komponen suhu ruangan ke komponen suhu rendah. Sebelumnya, para peneliti telah melakukan ini dengan memperkuat sinyal suhu rendah sebelum membandingkannya dengan sinyal referensi pada suhu ruangan.

Sangat memakan waktu

“Garis-garis ini biasanya telah dikalibrasi dengan menurunkan sinyal, menjalankannya kembali, dan kemudian mengukur apa yang terjadi,” jelas Möttönen, “namun kemudian saya sedikit tidak yakin apakah sinyal saya hilang saat turun atau naik, jadi saya harus mengalibrasi berkali-kali…dan menghangatkan lemari es…dan mengganti sambungan…dan melakukannya lagi – ini sangat memakan waktu.”

Sebaliknya, oleh karena itu, para peneliti mengintegrasikan pemanas arus listrik kecil ke dalam penyerap panas bolometer, yang memungkinkan mereka untuk mengkalibrasi daya yang diserap dari lingkungan terhadap catu daya yang dapat mereka kendalikan.

“Anda lihat apa yang akan dilihat oleh qubit,” kata Möttönen. Pemanasan skala femtowatt yang digunakan untuk kalibrasi – yang dimatikan selama pengoperasian perangkat kuantum – seharusnya tidak memiliki efek berarti pada sistem. Para peneliti menghindari graphene, kembali ke desain superkonduktor-logam-superkonduktor normal untuk persimpangan karena kemudahan produksi yang lebih besar dan daya tahan yang lebih baik dari produk jadi: “Perangkat emas-paladium ini akan tetap hampir tidak berubah di rak selama satu dekade, dan Anda ingin alat karakterisasi Anda tetap tidak berubah dari waktu ke waktu,” kata Möttönen.

Bolometer berbasis graphene berjalan dengan kecepatan sangat cepat

Para peneliti sekarang sedang mengembangkan teknologi untuk penyaringan spektral kebisingan yang lebih rinci. “Sinyal yang masuk ke unit pemrosesan kuantum Anda harus sangat dilemahkan, dan jika atenuasi menjadi panas, itu buruk… Kami ingin melihat berapa suhu saluran itu pada frekuensi yang berbeda untuk mendapatkan spektrum daya,” kata Möttönen . Ini dapat membantu memutuskan frekuensi apa yang terbaik untuk dipilih atau membantu mengoptimalkan peralatan untuk komputasi kuantum.

"Ini pekerjaan yang mengesankan," kata teknolog kuantum Martin Weides dari Universitas Glasgow. “Ini menambah sejumlah pengukuran yang ada pada transfer daya di lingkungan kriogenik yang diperlukan untuk teknologi kuantum. Ini memungkinkan Anda untuk mengukur dari frekuensi dc hingga gelombang mikro, memungkinkan Anda untuk membandingkan keduanya, dan pengukurannya sendiri sangat mudah…Jika Anda membuat komputer kuantum, Anda sedang membuat cryostat, dan Anda ingin mengkarakterisasi semua komponen Anda andal, Anda mungkin ingin menggunakan sesuatu seperti ini.

Penelitian ini dipublikasikan di Ulasan Instrumen Ilmiah.    

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Otomotif / EV, Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• BlockOffset. Modernisasi Kepemilikan Offset Lingkungan. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/new-bolometer-could-lead-to-better-cryogenic-quantum-technologies/