Novi bolometer bi lahko vodil do boljših kriogenih kvantnih tehnologij – Svet fizike

Raziskovalci na Finskem so ustvarili nov tip bolometra, ki pokriva širok razpon mikrovalovnih frekvenc. Delo temelji na prejšnjih raziskavah ekipe in nova tehnika bi lahko potencialno označila vire hrupa v ozadju in s tem pomagala izboljšati kriogena okolja, potrebna za kvantne tehnologije.

Bolometer je instrument, ki meri toplotno sevanje. Instrumenti obstajajo že 140 let in so konceptualno preproste naprave. Uporabljajo element, ki absorbira sevanje v določenem območju elektromagnetnega spektra. To povzroči, da se naprava segreje, kar povzroči spremembo parametra, ki jo je mogoče izmeriti.

Bolometri so našli različne aplikacije, od fizike delcev do astronomije in varnostnega pregleda. Leta 2019 Mikko Möttönen Univerze Aalto na Finskem in sodelavci so razvili nov ultra majhen bolometer z ultra nizkim hrupom, ki obsega mikrovalovni resonator, sestavljen iz niza superprevodnih odsekov, povezanih z običajno zlato-paladijevo nanožico. Ugotovili so, da je frekvenca resonatorja padla, ko je bil bolometer segret.

Merjenje kubitov

Leta 2020 ista skupina zamenjal običajno kovino za grafen, ki ima precej nižjo toplotno kapaciteto in bi tako morala meriti temperaturne spremembe 100-krat hitreje. Rezultat bi lahko imel prednosti pred trenutnimi tehnologijami, ki se uporabljajo za merjenje stanj posameznih superprevodnih kvantnih bitov (qubits).

Superprevodni kubiti pa so zloglasno nagnjeni k klasičnemu šumu toplotnih fotonov in v novem delu Möttönen in sodelavci skupaj z raziskovalci v podjetju za kvantno tehnologijo Bluefors, se lotili tega reševanja. Grafenski bolometer se osredotoča na zaznavanje enega samega kubita in na čim hitrejše merjenje relativne ravni moči, da se določi njegovo stanje. V tem zadnjem delu pa so raziskovalci iskali hrup iz vseh virov, zato so potrebovali širokopasovni absorber. Izmeriti so morali tudi absolutno moč, kar zahteva kalibracijo bolometra.

Ena od aplikacij, ki jih je skupina pokazala v svojih poskusih, je bilo merjenje količine izgube mikrovalov in hrupa v kablih, ki potekajo od komponent pri sobni temperaturi do komponent pri nizki temperaturi. Prej so raziskovalci to storili tako, da so ojačali nizkotemperaturni signal, preden so ga primerjali z referenčnim signalom pri sobni temperaturi.

Zelo zamudno

»Te linije so bile običajno umerjene tako, da se je signal spustil navzdol, ga spustil nazaj navzgor in nato izmeril, kaj se zgodi,« pojasnjuje Möttönen, »vendar nisem prepričan, ali se je moj signal izgubil na poti navzdol ali navzgor, zato sem moram velikokrat kalibrirati ... in segreti hladilnik ... in spremeniti povezave ... in to narediti znova - zelo zamudno je."

Namesto tega so raziskovalci integrirali majhen električni enosmerni grelec v toplotni absorber bolometra, kar jim je omogočilo umerjanje moči, absorbirane iz okolice, glede na napajanje, ki bi ga lahko nadzorovali.

"Vidite, kaj bo videl qubit," pravi Möttönen. Ogrevanje na lestvici femtowatt, ki se uporablja za kalibracijo – ki je med delovanjem kvantne naprave izklopljeno – ne bi smelo imeti pomembnega vpliva na sistem. Raziskovalci so se izognili grafenu in se vrnili k zasnovi superprevodnik-normalna kovina-superprevodnik za spoje zaradi lažje proizvodnje in boljše vzdržljivosti končnega izdelka: "Te zlato-paladijeve naprave bodo ostale skoraj nespremenjene na policah desetletje, in želite, da vaša orodja za karakterizacijo skozi čas ostanejo nespremenjena,« pravi Möttönen.

Bolometer na osnovi grafena deluje z izjemno velikimi hitrostmi

Raziskovalci zdaj razvijajo tehnologijo za podrobnejše spektralno filtriranje hrupa. "Signal, ki pride v vašo kvantno procesno enoto, mora biti močno oslabljen, in če se dušilnik segreje, je to slabo ... Radi bi videli, kakšna je temperatura te črte pri različnih frekvencah, da bi dobili spekter moči," pravi Möttönen. . To bi lahko pomagalo pri odločitvi, katere frekvence je najbolje izbrati, ali pomagalo optimizirati opremo za kvantno računalništvo.

"To je impresivno delo," pravi kvantni tehnolog Martin Weides Univerze v Glasgowu. »Dodaja k številnim obstoječim meritvam o prenosu moči v kriogenih okoljih, potrebnih za kvantne tehnologije. Omogoča vam merjenje od enosmerne do mikrovalovne frekvence, omogoča primerjavo obeh in sama meritev je enostavna ... Če gradite kvantni računalnik, gradite kriostat in želite opisati vse svoje komponente zanesljivo bi verjetno želeli uporabiti kaj takega.«

Raziskava je objavljena v Pregled znanstvenih instrumentov.    

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Avtomobili/EV, Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• BlockOffsets. Posodobitev okoljskega offset lastništva. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/new-bolometer-could-lead-to-better-cryogenic-quantum-technologies/