Новое устройство обнаруживает радиацию в триллионной части обычного масштаба
Команда исследователей точно измерила мощность в масштабе, который в триллион раз меньше, чем это возможно с помощью стандартных приборов. Это означает, что микроволновое излучение может быть более точно оценено в экспериментах по квантовой физике.
Возможность измерять мощность на сверхнизких уровнях полезна для ученых, создающих квантовые системы — системы, которые невероятно малы по размеру и обычно невероятно холодны. по их температуре. Теперь мы можем проводить эти измерения с гораздо большей точностью.
Например, новую систему можно использовать для лучшей подготовки и калибровки кубитов — частиц в центре квантовых компьютеров, которые заменяют классические биты — для убедитесь, что они работают должным образом и что показания, которые они производят, верны.
«Коммерческие датчики мощности обычно измеряют мощность в масштабе одного милливатта», – говорит Рассел Лейк, старший научный сотрудник Bluefors, занимающийся квантовыми технологиями. компании в Финляндии.
«Этот болометр делает это точно и надежно при мощности 1 фемтоватт или ниже. Это в триллион раз меньше мощности, чем при обычной калибровке мощности».
В квантовых экспериментах энергия измеряется с помощью специального термометра, называемого болометром. Он отслеживает температуру через небольшую полоску материала — обычно металла или полупроводника, — электрическое сопротивление которого меняется по мере поглощения энергии.
Исследователи добавили в новую систему нагреватель с известными током и напряжением. Зная точно, сколько тепла было введено, ученые обнаружили очень крошечные сдвиги энергии, вызванные очень слабыми микроволнами.
Одна из причин, по которой квантовая физика так сложна, заключается в том, что квантовые системы очень хрупкие, и их можно сломать или помешать малейшим возмущениям. , включая инструменты, которые мы используем, чтобы попытаться их измерить. Одним из способов, которым может помочь новый подход, является обнаружение этих возмущений.
«Для получения точных результатов измерительные линии, используемые для управления кубитами, должны иметь очень низкие температуры, лишенные каких-либо тепловых фотонов и избыточного излучения. , — говорит квантовый физик Микко Мёттонен из Университета Аалто в Финляндии.
«Теперь, с помощью этого болометра, мы можем измерять температуру излучения без помех со стороны схемы кубита».
новая установка известна как наноболометр, и ранние испытания слабых микроволн, проходящих через радиочастотную линию передачи, показали, что прибор может точно регистрировать изменения мощности.
Эта работа основана на предыдущих исследованиях по созданию болометра, способного измерения энергетического состояния кубита. Этот подход является масштабируемым и не потребляет много энергии, устраняя любые потенциальные помехи для кубита.
Болометры можно использовать в самых разных сценариях, в том числе как часть телескопов дальнего космоса, но если они могут быть практически применены к кубитам, то это означает, что мы еще на один шаг приблизились к полностью реализованным системам квантовых вычислений.
«Измерение микроволн происходит в беспроводной связи, радиолокационных технологиях и многих других областях», — добавляет Лейк. . «У них есть свои способы проведения точных измерений, но не было возможности сделать то же самое при измерении очень слабых микроволновых сигналов для квантовых технологий».
«Болометр — это передовой диагностический прибор, которого не было в набор инструментов для квантовых технологий до сих пор».
Исследование опубликовано в Review of Scientific Instruments.
