בולומטר חדש יכול להוביל לטכנולוגיות קוונטיות קריוגניות טובות יותר - עולם הפיזיקה

סוג חדש של בולומטר המכסה מגוון רחב של תדרי מיקרוגל נוצר על ידי חוקרים בפינלנד. העבודה מתבססת על מחקרים קודמים של הצוות והטכניקה החדשה עשויה לאפיין מקורות רעשי רקע ובכך לעזור לשפר את הסביבות הקריוגניות הנחוצות לטכנולוגיות קוונטיות.

בולומטר הוא מכשיר שמודד חום קרינה. מכשירים קיימים כבר 140 שנה והם מכשירים פשוטים מבחינה רעיונית. הם משתמשים באלמנט שסופג קרינה באזור מסוים של הספקטרום האלקטרומגנטי. זה גורם להתחממות המכשיר, וכתוצאה מכך שינוי פרמטר שניתן למדוד.

בולומטרים מצאו יישומים החל מפיזיקה של חלקיקים ועד אסטרונומיה ובדיקות אבטחה. בשנת 2019 מיקו מוטונן מאוניברסיטת אלטו בפינלנד ועמיתיו פיתחו בולומטר קטן במיוחד, בעל רעש נמוך במיוחד, הכולל מהוד מיקרוגל העשוי מסדרה של קטעים מוליכים-על המחוברים בננו-חוט זהב-פלדיום רגיל. הם גילו שתדר התהודה ירד כשהבולומטר חומם.

מדידת קיוביטים

בשנת 2020, אותה קבוצה החליפו את המתכת הרגילה בגרפן, בעל קיבולת תרמית נמוכה בהרבה ולכן אמור למדוד שינויים בטמפרטורה פי 100 מהר יותר. לתוצאה עשויות להיות יתרונות על פני טכנולוגיות נוכחיות המשמשות למדידת המצבים של סיביות קוונטיות מוליכות-על בודדות (קווביט).

עם זאת, קיוביטים מוליכים-על נוטים לשמצה לרעש הקלאסי של פוטונים תרמיים, ובעבודה החדשה Möttönen ועמיתיו, יחד עם חוקרים בחברת הטכנולוגיה הקוונטית בלופורס, יצא להתמודד עם זה. בולומטר הגרפן מתמקד בחישת קיוביט בודד, ובמדידת רמת הכוח היחסית במהירות האפשרית כדי לקבוע את מצבו. עם זאת, בעבודה האחרונה הזו, החוקרים חיפשו רעש מכל המקורות, ולכן הם היו צריכים בולם פס רחב. הם גם היו צריכים למדוד את ההספק המוחלט, שדורש כיול של הבולומטר.

אחד היישומים שהצוות הדגים בניסויים שלהם היה מדידת כמות אובדן המיקרוגל והרעש בכבלים העוברים ממרכיבים בטמפרטורת החדר לרכיבים בטמפרטורה נמוכה. בעבר, חוקרים עשו זאת על ידי הגברה של אות הטמפרטורה הנמוכה לפני השוואה לאות ייחוס בטמפרטורת החדר.

לוקח זמן רב

"הקווים האלה כוילו בדרך כלל על ידי הפעלת אות למטה, הרצת אותו בחזרה למעלה ואז מדידת מה קורה", מסביר מוטונן, "אבל אז אני קצת לא בטוח אם האות שלי אבד בדרך למטה או למעלה אז אני צריך לכייל הרבה פעמים ... ולחמם את המקרר ... ולשנות את החיבורים ... ולעשות זאת שוב - זה מאוד גוזל זמן."

במקום זאת, החוקרים שילבו תנור חימום חשמלי זעיר בזרם ישר בבולם התרמי של הבולומטר, מה שאיפשר להם לכייל את הכוח הנקלט מהסביבה מול ספק כוח שהם יכולים לשלוט בו.

"אתה רואה מה הקיוביט יראה", אומר מוטונן. לחימום בקנה מידה פמטו-ואט המשמש לכיול - אשר כבוי במהלך פעולת ההתקן הקוונטי - לא אמורה להיות השפעה משמעותית על המערכת. החוקרים נמנעו מגרפן, וחזרו לעיצוב מוליך-על-מתכת-מוליך-על רגיל עבור הצמתים בגלל קלות הייצור והעמידות הטובה יותר של המוצר המוגמר: "מכשירי זהב-פלדיום אלה יישארו כמעט ללא שינוי על המדף במשך עשור, ואתה רוצה שכלי האפיון שלך יישארו ללא שינוי לאורך זמן", אומר Mötönen.

בולומטר מבוסס גרפן פועל במהירויות מהירות במיוחד

החוקרים מפתחים כעת את הטכנולוגיה לסינון ספקטרלי מפורט יותר של רעשים. "האות שמגיע ליחידת העיבוד הקוונטי שלך צריך להיות מוחלש מאוד, ואם המנחת מתחמם, זה רע... נרצה לראות מהי הטמפרטורה של הקו הזה בתדרים שונים כדי לקבל את ספקטרום ההספק", אומר מוטונן. . זה יכול לעזור להחליט באילו תדרים הכי כדאי לבחור או לעזור לייעל ציוד עבור מחשוב קוונטי.

"זו עבודה מרשימה", אומר טכנולוג קוונטים מרטין ויידס של אוניברסיטת גלזגו. "זה מוסיף למספר מדידות קיימות על העברת כוח בסביבות קריוגניות הנדרשות לטכנולוגיות קוונטיות. זה מאפשר לך למדוד מ-dc עד תדרי מיקרוגל, זה מאפשר לך להשוות את שניהם, והמדידה עצמה פשוטה... אם אתה בונה מחשב קוונטי, אתה בונה קריוסטט, ואתה רוצה לאפיין את כל הרכיבים שלך באופן אמין, סביר להניח שתרצה להשתמש במשהו כזה."

המחקר פורסם ב סקירה של מכשירים מדעיים.    

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. רכב / רכבים חשמליים, פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• BlockOffsets. מודרניזציה של בעלות על קיזוז סביבתי. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/new-bolometer-could-lead-to-better-cryogenic-quantum-technologies/