새로운 볼로미터는 더 나은 극저온 양자 기술로 이어질 수 있습니다.

광범위한 극초단파 주파수를 포괄하는 새로운 유형의 볼로미터가 핀란드의 연구원들에 의해 만들어졌습니다. 이 작업은 팀의 이전 연구를 기반으로 하며 새로운 기술은 잠재적으로 배경 잡음 소스를 특성화하여 양자 기술에 필요한 극저온 환경을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다.

볼로미터는 복사열을 측정하는 기기입니다. 계측기는 140년 동안 존재해 왔으며 개념적으로는 단순한 장치입니다. 그들은 전자기 스펙트럼의 특정 영역에서 방사선을 흡수하는 요소를 사용합니다. 이로 인해 장치가 가열되어 측정 가능한 매개변수 변경이 발생합니다.

볼로미터는 입자 물리학에서 천문학 및 보안 검색에 이르기까지 다양한 응용 분야를 발견했습니다. 2019년 미코 뫼퇴넨 핀란드 알토 대학(Aalto University)과 동료들은 일반 금-팔라듐 나노와이어가 결합된 일련의 초전도 섹션으로 구성된 마이크로웨이브 공진기로 구성된 새로운 초소형, 초저잡음 볼로미터를 개발했습니다. 그들은 볼로미터가 가열될 때 공진기 주파수가 떨어지는 것을 발견했습니다.

큐비트 측정

2020년에도 같은 그룹 일반 금속을 그래핀으로 교체열 용량이 훨씬 낮기 때문에 온도 변화를 100배 빠르게 측정해야 합니다. 결과는 개별 초전도 양자 비트(큐비트)의 상태를 측정하는 데 사용되는 현재 기술보다 이점이 있을 수 있습니다.

그러나 초전도 큐비트는 열 광자의 고전적 잡음에 취약한 것으로 악명이 높으며 양자 기술 회사의 연구원과 함께 새로운 작업에서 Möttönen 및 동료와 함께 블루포스, 이 문제를 해결하기 시작했습니다. 그래핀 볼로미터는 단일 큐비트를 감지하고 상대 전력 수준을 가능한 한 빨리 측정하여 상태를 결정하는 데 중점을 둡니다. 그러나이 최근 연구에서 연구원들은 모든 소스에서 노이즈를 찾고 있었으므로 광대역 흡수체가 필요했습니다. 그들은 또한 볼로미터의 보정이 필요한 절대 전력을 측정해야 했습니다.

팀이 실험에서 시연한 애플리케이션 중 하나는 실온 구성 요소에서 저온 구성 요소로 연결되는 케이블의 마이크로웨이브 손실 및 노이즈 양을 측정하는 것이었습니다. 이전에 연구원들은 실온에서 기준 신호와 비교하기 전에 저온 신호를 증폭하여 이를 수행했습니다.

매우 시간 소모적

Möttönen은 “이러한 라인은 일반적으로 신호를 낮추고 다시 돌리고 무슨 일이 일어나는지 측정함으로써 보정되었습니다. 여러 번 보정해야 하고...냉장고를 예열하고...연결을 변경하고...다시 해야 합니다. 시간이 많이 걸립니다."

대신 연구원들은 작은 전기 직류 히터를 볼로미터의 열 흡수 장치에 통합하여 제어할 수 있는 전원 공급 장치에 대해 주변에서 흡수된 전력을 보정할 수 있도록 했습니다.

Möttönen은 "큐비트가 볼 수 있는 것을 볼 수 있습니다."라고 말합니다. 양자 장치 작동 중에 꺼지는 보정에 사용되는 펨토와트 규모의 가열은 시스템에 의미 있는 영향을 미치지 않아야 합니다. 연구원들은 그래핀을 피하고 접합을 위한 초전도체-일반 금속-초전도체 디자인으로 되돌아갔습니다. 왜냐하면 생산이 더 쉽고 완제품의 내구성이 더 좋기 때문입니다. 시간이 지나도 특성화 도구가 변경되지 않기를 원합니다.”라고 Möttönen은 말합니다.

초고속으로 작동하는 그래핀 기반 볼로미터

연구원들은 현재 노이즈의 보다 상세한 스펙트럼 필터링 기술을 개발하고 있습니다. Möttönen은 "양자 처리 장치로 들어오는 신호는 크게 감쇠되어야 하며 감쇠기가 뜨거워지면 좋지 않습니다. 전력 스펙트럼을 얻기 위해 서로 다른 주파수에서 해당 라인의 온도를 확인하고 싶습니다."라고 Möttönen은 말합니다. . 이를 통해 어떤 주파수를 선택하는 것이 가장 좋은지 결정하거나 양자 컴퓨팅을 위한 장비를 최적화하는 데 도움이 될 수 있습니다.

양자 기술자는 "인상적인 작업"이라고 말합니다. 마틴 바이데스 글래스고 대학교의. “이는 양자 기술에 필요한 극저온 환경에서 전력 전송에 대한 기존 측정에 추가됩니다. DC에서 마이크로웨이브 주파수까지 측정할 수 있고 두 가지를 비교할 수 있으며 측정 자체가 간단합니다. 양자 컴퓨터를 구축하고 저온 유지 장치를 구축하고 모든 구성 요소를 특성화하려는 경우 확실하게, 당신은 아마도 이와 같은 것을 사용하고 싶을 것입니다.”

연구 결과는 과학 기기 검토.    

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