Новый болометр может привести к совершенствованию криогенных квантовых технологий

Исследователи из Финляндии создали новый тип болометра, который охватывает широкий диапазон микроволновых частот. Работа основана на предыдущих исследованиях группы, и новый метод потенциально может охарактеризовать источники фонового шума и тем самым помочь улучшить криогенные среды, необходимые для квантовых технологий.

Болометр – прибор для измерения лучистого тепла. Инструменты существуют уже 140 лет и представляют собой концептуально простые устройства. В них используется элемент, поглощающий излучение в определенной области электромагнитного спектра. Это приводит к нагреву устройства, что приводит к изменению параметра, которое можно измерить.

Болометры нашли применение в самых разных областях: от физики элементарных частиц до астрономии и проверки безопасности. В 2019 году Микко Мёттонен из Университета Аалто в Финляндии и его коллеги разработали новый сверхмалый болометр со сверхнизким уровнем шума, включающий микроволновый резонатор, состоящий из ряда сверхпроводящих секций, соединенных обычной золото-палладиевой нанопроволокой. Они обнаружили, что частота резонатора падала при нагревании болометра.

Измерение кубитов

В 2020 году эта же группа заменил обычный металл на графен, который имеет гораздо меньшую теплоемкость и, следовательно, должен измерять изменения температуры в 100 раз быстрее. Результат может иметь преимущества перед текущими технологиями, используемыми для измерения состояний отдельных сверхпроводящих квантовых битов (кубитов).

Однако сверхпроводящие кубиты, как известно, подвержены классическому шуму тепловых фотонов, и в новой работе Мёттонен и его коллеги вместе с исследователями из компании, занимающейся квантовыми технологиями, Блюфорс, решил заняться этим. Графеновый болометр фокусируется на обнаружении одного кубита и максимально быстром измерении относительного уровня мощности для определения его состояния. Однако в этой последней работе исследователи искали шум от всех источников, поэтому им понадобился широкополосный поглотитель. Им также необходимо было измерить абсолютную мощность, что требует калибровки болометра.

Одним из применений, которое команда продемонстрировала в своих экспериментах, было измерение величины микроволновых потерь и шума в кабелях, идущих от компонентов с комнатной температурой к компонентам с низкой температурой. Ранее исследователи делали это, усиливая низкотемпературный сигнал перед его сравнением с эталонным сигналом при комнатной температуре.

Очень много времени

«Эти линии обычно откалиброваны путем запуска сигнала вниз, его обратного запуска и последующего измерения того, что происходит, — объясняет Мёттёнен, — но тогда я немного не уверен, был ли мой сигнал потерян на пути вниз или вверх, поэтому я приходится много раз калибровать… и прогревать холодильник… и менять соединения… и делать это снова – это занимает очень много времени».

Поэтому вместо этого исследователи интегрировали крошечный электрический нагреватель постоянного тока в термопоглотитель болометра, что позволило им калибровать мощность, поглощаемую из окружающей среды, по отношению к источнику питания, которым они могли управлять.

«Вы видите то, что увидит кубит», — говорит Мёттонен. Используемый для калибровки фемтоваттный нагрев, отключаемый во время работы квантового устройства, не должен оказывать существенного влияния на систему. Исследователи отказались от графена, вернувшись к конструкции переходов сверхпроводник-обычный металл-сверхпроводник из-за большей простоты производства и большей долговечности готового продукта: «Эти золото-палладиевые устройства останутся на полке почти без изменений в течение десятилетия. и вы хотите, чтобы ваши инструменты характеризации оставались неизменными с течением времени», — говорит Мёттонен.

Болометр на основе графена работает на сверхвысоких скоростях

В настоящее время исследователи разрабатывают технологию более детальной спектральной фильтрации шума. «Сигнал, который поступает в ваш блок квантовой обработки, должен быть сильно ослаблен, и если аттенюатор нагревается, это плохо… Мы хотели бы увидеть, какова температура этой линии на разных частотах, чтобы получить спектр мощности», — говорит Мёттонен. . Это может помочь решить, какие частоты лучше всего выбрать, или помочь оптимизировать оборудование для квантовых вычислений.

«Это впечатляющая работа», — говорит квантовый технолог. Мартин Вайдес Университета Глазго. «Это дополняет ряд существующих измерений передачи энергии в криогенных средах, необходимых для квантовых технологий. Он позволяет проводить измерения от постоянного тока до микроволновых частот, он позволяет сравнивать и то, и другое, а само измерение простое… Если вы строите квантовый компьютер, вы строите криостат и хотите охарактеризовать все свои компоненты. надежно, вы, вероятно, хотели бы использовать что-то подобное ».

Исследование опубликовано в Обзор научных инструментов.    

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Автомобили / электромобили, Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• Смещения блоков. Модернизация права собственности на экологические компенсации. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/new-bolometer-could-lead-to-better-cryogenic-quantum-technologies/