新的辐射热测量计可以带来更好的低温量子技术 – 物理世界

芬兰的研究人员发明了一种覆盖广泛微波频率的新型测辐射热计。 这项工作建立在该团队之前的研究基础上，新技术可能会表征背景噪声源，从而有助于改善量子技术所需的低温环境。

辐射热测量计是一种测量辐射热的仪器。 仪器已经存在了 140 年，并且是概念上简单的设备。 他们使用一种吸收电磁波谱特定区域辐射的元素。 这会导致设备升温，从而导致可测量的参数变化。

辐射热测量计的应用范围从粒子物理学到天文学和安全检查。 2019年 米科·莫特宁 芬兰阿尔托大学的研究人员及其同事开发了一种新型超小型、超低噪声辐射热测量计，该辐射热计由微波谐振器组成，该谐振器由一系列由普通金钯纳米线连接的超导部分组成。 他们发现，当辐射热测量计被加热时，谐振器频率会下降。

测量量子位

2020年，同一组 将普通金属换成石墨烯，其热容量低得多，因此测量温度变化的速度应该快 100 倍。 与当前用于测量单个超导量子位（量子位）状态的技术相比，该结果可能具有优势。

然而，众所周知，超导量子位容易受到热光子的经典噪声的影响，在 Möttönen 及其同事以及量子技术公司的研究人员的新研究中 蓝佛，着手解决这个问题。 石墨烯测辐射热计专注于感测单个量子位，并尽快测量相对功率水平以确定其状态。 然而，在这项最新工作中，研究人员正在寻找来自所有来源的噪声，因此他们需要一个宽带吸收器。 他们还需要测量绝对功率，这需要校准辐射热测量计。

该团队在实验中演示的应用之一是测量从室温组件到低温组件的电缆中的微波损耗和噪声量。 此前，研究人员通过放大低温信号，然后将其与室温下的参考信号进行比较来实现这一点。

非常耗时

“这些线路通常是通过向下运行信号、向上运行信号然后测量发生的情况来进行校准的，”Möttönen 解释道，“但是我有点不确定我的信号是在向下还是向上的过程中丢失，所以我必须校准很多次……并预热冰箱……并改变连接……然后再做一遍——这非常耗时。”

因此，研究人员将一个微型直流电加热器集成到测辐射热计的吸热器中，使他们能够根据他们可以控制的电源来校准从周围环境吸收的功率。

“你会看到量子比特会看到什么，”Möttönen 说。 用于校准的飞瓦级加热（在量子设备运行期间关闭）应该不会对系统产生任何有意义的影响。 研究人员避开了石墨烯，转而采用超导体-普通金属-超导体的连接设计，因为生产更容易，成品也更耐用：“这些金钯器件在货架上十年几乎保持不变，并且您希望您的表征工具随着时间的推移保持不变，”Möttönen 说。

基于石墨烯的测辐射热计以超快的速度运行

研究人员目前正在开发更详细的噪声光谱过滤技术。 “进入量子处理单元的信号必须被严重衰减，如果衰减器变热，那就不好了……我们希望了解不同频率下该线路的温度是多少，以获得功率谱，”Möttönen 说。 这可以帮助决定最好选择哪些频率或帮助优化量子计算设备。

“这是令人印象深刻的工作，”量子技术专家说 马丁韦德斯 格拉斯哥大学的。 “它增加了量子技术所需的低温环境中电力传输的一些现有测量。 它允许您测量从直流到微波的频率，它允许您比较两者，并且测量本身很简单......如果您正在构建一台量子计算机，您正在构建一个低温恒温器，并且您想要表征所有组件可靠地，你可能会想使用这样的东西。”

研究发表在 科学仪器评论.    

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