Новий болометр може привести до кращих кріогенних квантових технологій – Physics World

Дослідники у Фінляндії створили новий тип болометра, який охоплює широкий діапазон мікрохвильових частот. Робота базується на попередніх дослідженнях команди, і нова методика потенційно може характеризувати джерела фонового шуму і таким чином допомогти покращити кріогенне середовище, необхідне для квантових технологій.

Болометр - це прилад, який вимірює радіаційне тепло. Інструменти існують вже 140 років і є концептуально простими пристроями. Вони використовують елемент, який поглинає випромінювання в певній області електромагнітного спектру. Це призводить до нагрівання пристрою, що призводить до зміни параметрів, які можна виміряти.

Болометри знайшли застосування в різних сферах – від фізики елементарних частинок до астрономії та безпеки. У 2019 році Мікко Мьоттенен з Університету Аалто у Фінляндії та його колеги розробили новий ультрамалий болометр із наднизьким рівнем шуму, що містить мікрохвильовий резонатор, виготовлений із серії надпровідних секцій, з’єднаних звичайним золото-паладієвим нанодротом. Вони виявили, що при нагріванні болометра частота резонатора падає.

Вимірювання кубітів

У 2020 році та ж група замінив звичайний метал на графен, який має набагато нижчу теплоємність і тому повинен вимірювати зміни температури у 100 разів швидше. Результат може мати переваги перед поточними технологіями, що використовуються для вимірювання станів окремих надпровідних квантових бітів (кубітів).

Надпровідні кубіти, однак, як відомо, схильні до класичного шуму теплових фотонів, і в новій роботі Мьоттенен і його колеги разом із дослідниками з компанії квантових технологій Блюфорс, вирішив вирішити цю проблему. Графеновий болометр зосереджений на виявленні одного кубіта та на якнайшвидшому вимірюванні рівня відносної потужності для визначення його стану. Однак у цій останній роботі дослідники шукали шум від усіх джерел, тому їм потрібен був широкосмуговий поглинач. Їм також потрібно було виміряти абсолютну потужність, що вимагає калібрування болометра.

Одним із застосувань, яке команда продемонструвала в своїх експериментах, було вимірювання кількості мікрохвильових втрат і шуму в кабелях, що проходять від компонентів кімнатної температури до компонентів з низькою температурою. Раніше дослідники робили це шляхом посилення низькотемпературного сигналу перед тим, як порівнювати його з еталонним сигналом кімнатної температури.

Дуже трудомісткий

«Ці лінії, як правило, калібрували, пропускаючи сигнал вниз, повертаючи його назад, а потім вимірюючи, що відбувається, — пояснює Мьоттенен, — але тоді я трохи не впевнений, чи мій сигнал був втрачений на шляху вниз чи вгору, тому я доводиться багато разів калібрувати...і розігрівати холодильник...і міняти підключення...і робити це знову – це забирає дуже багато часу».

Натомість дослідники інтегрували крихітний електричний нагрівач постійного струму в термопоглинач болометра, дозволяючи їм калібрувати потужність, що поглинається з навколишнього середовища, за джерелом живлення, яким вони могли керувати.

«Ви бачите те, що побачить кубіт», — каже Мьоттенен. Нагрівання фемтоватної шкали, що використовується для калібрування – яке вимикається під час роботи квантового пристрою – не повинно мати істотного впливу на систему. Дослідники відмовилися від графену, повернувшись до дизайну надпровідник-звичайний метал-надпровідник для переходів через більшу простоту виробництва та кращу довговічність готового продукту: «Ці золото-паладієві пристрої залишатимуться майже незмінними на полиці протягом десяти років, і ви хочете, щоб ваші інструменти визначення характеристик залишалися незмінними протягом тривалого часу», — каже Мьоттенен.

Болометр на основі графена працює на надвисоких швидкостях

Зараз дослідники розробляють технологію більш детальної спектральної фільтрації шуму. «Сигнал, який надходить у ваш блок квантової обробки, має бути сильно ослаблений, і якщо аттенюатор нагрівається, це погано… Ми хотіли б побачити, якою є температура цієї лінії на різних частотах, щоб отримати спектр потужності», — каже Мьоттонен. . Це може допомогти вирішити, які частоти найкраще вибрати, або допомогти оптимізувати обладнання для квантових обчислень.

«Це вражаюча робота, — каже квантовий технолог Мартін Вайдес університету Глазго. «Це доповнює низку існуючих вимірювань передачі енергії в кріогенних середовищах, необхідних для квантових технологій. Він дозволяє вимірювати від постійного струму до мікрохвильових частот, дозволяє порівнювати обидва, і саме вимірювання є простим… Якщо ви будуєте квантовий комп’ютер, ви будуєте кріостат, і ви хочете охарактеризувати всі свої компоненти надійно, ви, ймовірно, хотіли б використати щось подібне».

Дослідження опубліковано в Огляд наукових інструментів.    

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. Автомобільні / електромобілі, вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• BlockOffsets. Модернізація екологічної компенсаційної власності. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/new-bolometer-could-lead-to-better-cryogenic-quantum-technologies/