Nowy bolometr może prowadzić do lepszych kriogenicznych technologii kwantowych – Physics World

Naukowcy z Finlandii stworzyli nowy typ bolometru, który obejmuje szeroki zakres częstotliwości mikrofalowych. Prace opierają się na wcześniejszych badaniach zespołu, a nowa technika może potencjalnie scharakteryzować źródła szumu tła, a tym samym pomóc w ulepszeniu środowisk kriogenicznych niezbędnych dla technologii kwantowych.

Bolometr to przyrząd służący do pomiaru promieniowania cieplnego. Instrumenty istnieją od 140 lat i są koncepcyjnie prostymi urządzeniami. Wykorzystują pierwiastek, który pochłania promieniowanie w określonym obszarze widma elektromagnetycznego. Powoduje to nagrzewanie się urządzenia, co powoduje zmianę parametrów, którą można zmierzyć.

Bolometry znalazły zastosowanie od fizyki cząstek elementarnych po astronomię i kontrolę bezpieczeństwa. w 2019 r Mikko Möttönena z Uniwersytetu Aalto w Finlandii wraz ze współpracownikami opracowali nowy ultra mały, ultraniskoszumowy bolometr składający się z rezonatora mikrofalowego wykonanego z szeregu sekcji nadprzewodzących połączonych normalnym nanoprzewodem złoto-pallad. Odkryli, że częstotliwość rezonatora spadała, gdy bolometr był podgrzewany.

Kubity pomiarowe

W 2020 ta sama grupa zamienił zwykły metal na grafen, który ma znacznie niższą pojemność cieplną i tym samym powinien mierzyć zmiany temperatury 100 razy szybciej. Wynik może mieć przewagę nad obecnymi technologiami używanymi do pomiaru stanów poszczególnych nadprzewodzących bitów kwantowych (kubitów).

Kubity nadprzewodzące są jednak notorycznie podatne na klasyczny szum fotonów termicznych, aw nowej pracy Möttönen i współpracownicy wraz z naukowcami z firmy zajmującej się technologią kwantową Bluefors, postanowił temu zaradzić. Bolometr grafenowy koncentruje się na wykrywaniu pojedynczego kubitu i jak najszybszym pomiarze względnego poziomu mocy w celu określenia jego stanu. Jednak w tej ostatniej pracy naukowcy szukali szumu ze wszystkich źródeł, więc potrzebowali pochłaniacza szerokopasmowego. Musieli także zmierzyć moc absolutną, co wymaga kalibracji bolometru.

Jednym z zastosowań, które zespół zademonstrował w swoich eksperymentach, był pomiar wielkości strat mikrofalowych i szumów w kablach biegnących od komponentów o temperaturze pokojowej do komponentów o niskiej temperaturze. Wcześniej naukowcy robili to, wzmacniając sygnał o niskiej temperaturze przed porównaniem go z sygnałem odniesienia w temperaturze pokojowej.

Bardzo czasochłonne

„Linie te były zazwyczaj kalibrowane poprzez obniżenie sygnału, zwiększenie go, a następnie zmierzenie tego, co się dzieje”, wyjaśnia Möttönen, „ale potem nie jestem pewien, czy mój sygnał został utracony w drodze w dół, czy w górę, więc trzeba wielokrotnie kalibrować… i rozgrzewać lodówkę… i zmieniać połączenia… i robić to od nowa – to bardzo czasochłonne.”

Dlatego zamiast tego naukowcy zintegrowali maleńki elektryczny grzejnik prądu stałego z absorberem termicznym bolometru, umożliwiając im kalibrację mocy pochłanianej z otoczenia w stosunku do źródła zasilania, które mogliby kontrolować.

„Widzisz to, co zobaczy kubit”, mówi Möttönen. Ogrzewanie w skali femtowata użyte do kalibracji – które jest wyłączane podczas działania urządzenia kwantowego – nie powinno mieć znaczącego wpływu na system. Naukowcy zrezygnowali z grafenu, powracając do konstrukcji złączy nadprzewodnik-normalny metal-nadprzewodnik ze względu na większą łatwość produkcji i lepszą trwałość gotowego produktu: „Te urządzenia ze złota i palladu pozostaną prawie niezmienione na półce przez dekadę, i chcesz, aby twoje narzędzia do charakteryzacji pozostały niezmienione w czasie”, mówi Möttönen.

Bolometr na bazie grafenu działa z ultraszybkimi prędkościami

Naukowcy opracowują obecnie technologię bardziej szczegółowego filtrowania widmowego szumu. „Sygnał, który dociera do jednostki przetwarzania kwantowego, musi być silnie tłumiony, a jeśli tłumik się nagrzewa, to źle… Chcielibyśmy zobaczyć, jaka jest temperatura tej linii przy różnych częstotliwościach, aby uzyskać widmo mocy”, mówi Möttönen . Może to pomóc w podjęciu decyzji, jakie częstotliwości najlepiej wybrać lub w optymalizacji sprzętu do obliczeń kwantowych.

„To imponująca praca” — mówi technolog kwantowy Marcina Weidesa z Uniwersytetu w Glasgow. „To dodaje do wielu istniejących pomiarów dotyczących przenoszenia mocy w środowiskach kriogenicznych wymaganych w technologiach kwantowych. Pozwala mierzyć od prądu stałego do częstotliwości mikrofalowych, umożliwia porównanie obu, a sam pomiar jest prosty… Jeśli budujesz komputer kwantowy, budujesz kriostat i chcesz scharakteryzować wszystkie swoje komponenty niezawodnie, prawdopodobnie chciałbyś użyć czegoś takiego”.

Badania są publikowane w 2007 roku Przegląd instrumentów naukowych.    

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Motoryzacja / pojazdy elektryczne, Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Przesunięcia bloków. Modernizacja własności offsetu środowiskowego. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/new-bolometer-could-lead-to-better-cryogenic-quantum-technologies/