Strålingsdetektor med den laveste støj i verden booster kvantearbejdet

Forskere fra Aalto University og VTT Technical Research Center i Finland har bygget et superfølsomt bolometer, en type termisk strålingsdetektor. Den nye strålingsdetektor, lavet af en guld-palladium-blanding gør det lettere at måle styrken af ​​elektromagnetisk stråling i realtid. Bolometre bruges i vid udstrækning i termiske kameraer i byggebranchen og i satellitter til at måle kosmisk stråling.

Den nye udvikling kan hjælpe bolometre med at finde vej til kvantecomputere. Hvis den nye strålingsdetektor formår at fungere lige så godt i rummet, som den gør i laboratoriet, den kan også bruges til at måle kosmisk mikrobølgebaggrundsstråling i rummet mere præcist.

"Den nye detektor er ekstremt følsom, og dets støjniveau - hvor meget signalet hopper omkring den korrekte værdi, er kun en tiendedel af støjen fra ethvert andet bolometer. Det er også hundrede gange hurtigere end tidligere støjsvage strålingsdetektorer, " siger Mikko Mötönen, der arbejder som fælles professor i kvanteteknologi ved Aalto University og VTT.

I første omgang, forskergruppen byggede en strålingsdetektor af guld, men det gik i stykker på et par uger, fordi guld ikke er kompatibelt med det aluminium, der bruges som superleder i detektoren. For at overvinde dette, gruppen begyndte at bruge en blanding af guld og palladium, som er meget holdbart, men et sjældent materiale i bolometre.

"Ud over materialet, hemmeligheden bag den nye strålingsdetektor ligger i dens virkelig lille skala. Nanotråden, der løber gennem midten af ​​strålingsdetektoren, er kun omkring en mikrometer lang, to hundrede nanometer bred og et par tiere nanometer tyk, " siger Roope Kokkoniemi, som studerede bolometeret på Aalto Universitet.

Et bolometer fungerer ved at måle strålingens varmeeffekt. Når et bolometer varmes op, dets elektriske egenskaber ændrer sig, og dette kan måles med høj præcision. Jo mindre bolometeret er, jo mindre stråling skal der til for at opvarme det.

"En lille strålingsdetektor har en lav varmekapacitet, så svag stråling giver et stærkere signal, " forklarer Kokkoniemi.

Bedre beskyttelse

"Kvantecomputere fungerer i kryostater, ekstremt kolde superfrysere, hvor selv den mindste mængde overskydende stråling forårsager en masse forstyrrelser. Da nanobolometre er meget følsomme, de kunne bekvemt måle niveauet af overskydende stråling i kryostaten for at reducere strålingen gennem bedre beskyttelse, " siger Mötönen.

Bolometeret kan også bruges til at aflæse værdien af ​​kvantebit, eller qubits. Imidlertid, til dette formål, bolometeret skulle være endnu hurtigere.

"For at kunne læse kvanteinformation i superledende kvantecomputere flere gange i træk uden at den forringes ind imellem, bolometeret skulle være omkring hundrede gange hurtigere, " siger Mötönen.

Mikrobølgeforstærkere blev også udviklet i forskningen. Deres opgave er at styrke signalet, men de tilføjer også støj. Den superledende mikrobølgeforstærker udviklet af VTT lykkedes med at halvere bolometerstøjen i forhold til den bedste kommercielle forstærker, der blev brugt.

Bolometeret er udviklet i Quantum Computing and Devices-forskningsgruppen ledet af Mikko Möttönen. Artiklen blev publiceret i Kommunikationsfysik journal den 11. oktober.