新しいボロメータはより優れた極低温量子技術につながる可能性 – Physics World

広範囲のマイクロ波周波数をカバーする新しいタイプのボロメータが、フィンランドの研究者によって作成されました。 この研究はチームによる以前の研究に基づいており、新しい技術は潜在的に背景騒音源を特徴づけることができ、それによって量子技術に必要な極低温環境の改善に役立つ可能性がある。

ボロメーターは輻射熱を測定する機器です。 機器は 140 年前から存在しており、概念的には単純な装置です。 電磁スペクトルの特定領域の放射線を吸収する要素を使用します。 これによりデバイスが加熱され、測定可能なパラメータの変化が生じます。

ボロメーターは、素粒子物理学から天文学、セキュリティ検査まで幅広い用途に使用されています。 2019年 ミッコ・モットーネン フィンランドのアアルト大学の博士らは、通常の金パラジウムナノワイヤで結合された一連の超伝導部分で作られたマイクロ波共振器を備えた新しい超小型、超低ノイズのボロメータを開発した。 彼らは、ボロメータが加熱されると共振器周波数が低下することを発見した。

量子ビットの測定

2020年も同グループ 通常の金属をグラフェンに置き換えました、熱容量がはるかに小さいため、温度変化を 100 倍速く測定する必要があります。 この結果は、個々の超伝導量子ビット (量子ビット) の状態を測定するために使用されている現在の技術よりも利点がある可能性があります。

しかし、超伝導量子ビットは熱光子の古典的なノイズの影響を受けやすいことで知られており、モットーネン氏らは量子技術企業の研究者らと共同で新しい研究を行っている。 ブルーフォース、これに取り組むことにしました。 グラフェンボロメーターは、単一量子ビットを感知し、相対パワーレベルをできるだけ早く測定してその状態を判断することに重点を置いています。 しかし、この最新の研究では、研究者らはあらゆる発生源からのノイズを探していたため、広帯域吸収装置が必要でした。 また、ボロメータの校正が必要な絶対電力を測定する必要もありました。

研究チームが実験で実証したアプリケーションの XNUMX つは、室温コンポーネントから低温コンポーネントまで延びるケーブル内のマイクロ波損失とノイズの量の測定でした。 これまで研究者は、室温の基準信号と比較する前に低温信号を増幅することでこれを行っていました。

非常に時間がかかる

「これらのラインは、通常、信号を下げ、上げ直し、その後何が起こるかを測定することによって校正されます」とモットーネン氏は説明します。何度も調整しなければなりません…そして冷蔵庫を温めて…接続を変更して…そしてもう一度やり直す必要があり、非常に時間がかかります。」

そこで研究者らはその代わりに、ボロメータの熱吸収体に小型の直流ヒーターを組み込み、周囲から吸収される電力を制御可能な電源に対して校正できるようにした。

「量子ビットが何を認識するかはわかります」とモットーネン氏は言います。 校正に使用されるフェムトワット規模の加熱は、量子デバイスの動作中はオフになりますが、システムに重大な影響を与えることはありません。 研究者らは、製造が容易で最終製品の耐久性が優れているため、グラフェンを避け、超伝導体 - 通常の金属 - 超伝導体の接合設計に戻しました。そして、特性評価ツールは時間が経っても変化しないようにしたいと考えています」とモットーネン氏は言います。

グラフェンベースのボロメーターは超高速で動作します

研究者らは現在、ノイズをより詳細にスペクトルフィルタリングする技術を開発中である。 「量子処理ユニットに入る信号は大幅に減衰する必要があり、減衰器が熱くなると問題が発生します。パワー スペクトルを取得するために、さまざまな周波数でのそのラインの温度がどのくらいかを確認したいと考えています」とモットーネン氏は言います。 。 これは、どの周波数を選択するのが最適かを決定したり、量子コンピューティング用の機器を最適化したりするのに役立つ可能性があります。

「これは素晴らしい研究だ」と量子技術者は言う マーティン・ワイデス グラスゴー大学の博士。 「これは、量子技術に必要な極低温環境での電力伝達に関する既存の多くの測定結果に追加されます。 DC からマイクロ波周波数まで測定でき、両方を比較でき、測定自体も簡単です。量子コンピューターを構築している場合は、クライオスタットを構築していることになり、すべてのコンポーネントの特性を評価したいと考えています。おそらく、このようなものを使いたいと思うでしょう。」

この研究は 科学機器のレビュー.    

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/new-bolometer-could-lead-to-better-cryogenic-quantum-technologies/