Ново устройство открива радиация с трилион пъти по-малка мощност

Е кип от изследователи е успял да измери точно мощността трилион пъти по-малка от тази, която е било възможно да се установи със стандартните инструменти. Това означава, че микровълновото лъчение може да бъде използвано за по-голяма точност в експериментите с квантова физика.

Възможността за измерване на мощността при ултраниски нива е полезна за учените, изграждащи квантови системи – изключително малки по мащаб и обикновено с много ниска температура. Сега тези измервания могат да бъдат правени с много по-голяма точност.

New Device Detects Radiation at a Trillionth of The Usual Scale https://t.co/4tHwjNd1LR

— ScienceAlert (@ScienceAlert) June 11, 2023

Например, новата система може да се използва за по-добра подготовка и калибриране на кубити – частици в центъра на квантовите компютри, които заемат мястото на класическите битове – за да се гарантира, че работят по предназначение и че показанията, които отчитат, са правилни.

„Търговските сензори обикновено измерват мощността в мащаб от един миливат“, казва Ръсел Лейк, старши учен в компанията за квантови технологии Bluefors във Финландия.

„Този болометър прави точни и надеждни измервания при 1 фемтоват или по-малко. Това е трилион пъти по-малка мощност от използваната при типичните калибрации.“

При квантовите експерименти енергията се измерва с помощта на специален термометър, наречен болометър. Той проследява температурата през малка лента материал – обикновено метал или полупроводник – която променя електрическото си съпротивление, докато абсорбира енергия.

Graphene Bolometer is Faster, Simpler and Covers More Wavelengths https://t.co/gpnYJ5usgD pic.twitter.com/IZruZT3mnD

— GrapheneScience (@GrapheneScience) June 15, 2018

Изследователите добавили нагревател с ток и напрежение в новата система. Като знаели точно колко топлина е вложена, учените открили много малки енергийни промени, постигнати с много слаби микровълни.

Част от причината, поради която квантовата физика е толкова предизвикателна, е, че квантовите системи са много крехки и могат да бъдат нарушени или повлияни и от най-малките смущения, включително от инструментите, които се използват, за да бъдат измерени. Един от начините, по които новият подход може да помогне, е чрез регистриране на тези смущения.

„За да се постигнат точни резултати линиите за измерване, използвани за контролиране на кубитите, трябва да се поддържат на много ниски температури, лишени от термални фотони и излишна радиация“, казва квантовият физик Мико Мьотонен от университета Алто във Финландия.

Vibration in quantum physics means that everything is energy pic.twitter.com/UCZDa5ok2h

— IWNH (@__US17__) June 4, 2023

„Сега, с този нов болометър, можем да измерим радиационната температура без смущения от веригата на кубита.“

Новата настройка е известна като наноболометър и ранните тестове на слаби микровълни, преминаващи през радиочестотна предавателна линия, показали, че инструментът може точно да записва промените в мощността.

Тези открития се основават на предишни изследвания благодарение, на които е бил създаден болометър, способен да измерва енергийното състояние на кубита. Методът не използва много енергия, като същевременно елиминира всякакви потенциални смущения за кубита.

Болометрите могат да много голямо приложение, включително като част от телескопи, но използването им върху кубитите, ни прави още една стъпка по-близо до напълно реализирани квантови изчислителни системи.

New Scientist editors have selected some of our most mind-bending stories about the deepest layer of reality we know. You can read them for free for one week only. https://t.co/Off34iPHPX

— New Scientist (@newscientist) June 12, 2023

„Измерването на микровълни се случва в безжични комуникации, радарната технология и много други области“, добавя Лейк. „При тях има много начини за извършване на точни измервания, но нямаше възможност да се направи същото при измерване на много слаби микровълнови сигнали на квантовата технология.“

„Болометърът е усъвършенстван диагностичен инструмент, който досега липсваше в инструментариума на квантовите физици.“