Noul termometru supraconductor poate accelera dezvoltarea cuantică a computerului

Noul termometru cuantic pe un cip, în prim-plan. Este probabil cel mai rapid și mai sensibil termometru din lume pentru măsurarea temperaturii la capătul rece al unui ghid pe scara milikelvin, potrivit cercetătorilor Chalmers. Credit: Claudia Castillo Moreno / Universitatea de Tehnologie Chalmers

Cercetătorii de la Universitatea de Tehnologie Chalmers, Göteborg, Suedia, au dezvoltat un nou tip de termometru care poate măsura ușor și rapid temperaturile în timpul calculelor cuantice extrem de ridicate precizie. Progress îi oferă un instrument de comparație calcul cuantic cu o mare valoare – și se deschide spre experimente în interesantul domeniu al termodinamicii cuantice.

O componentă cheie în computerele cuantice sunt cablurile coaxiale și ghidurile de undă – structurile care direcționează formele de undă și acționează ca legătură vitală între procesorul cuantic și electronica clasică care îl controlează. Impulsurile microundelor se deplasează de-a lungul ghidurilor de undă din procesorul cuantic și sunt răcite la temperaturi extrem de scăzute pe parcurs. De asemenea, ghidul înmoaie și filtrează impulsurile, permițând computerului cuantic extrem de sensibil să funcționeze într-o stare cuantică stabilă.

Pentru a avea un control maxim asupra acestui mecanism, cercetătorii trebuie să fie siguri că aceste ghiduri de undă nu transportă zgomot din cauza mișcării termice a electronilor deasupra impulsurilor pe care le trimit. Cu alte cuvinte, trebuie să măsoare temperatura câmpurilor electromagnetice la capătul rece al ghidajelor de undă cu microunde, în punctul în care impulsurile de control sunt livrate cuburilor computerului. Lucrul la cea mai mică temperatură posibilă minimizează riscul de erori în cub.

Termometru cuantic pentru cuptor cu microunde

O impresie artistică a circuitului supraconductor utilizat în experiment de Scigliuzzo și colab. (stânga) și capacitatea sa de a măsura microundele termice la nivelul unei singure cuante de excitație (dreapta). Credit: neuroncollective.com/Chalmers University of Technology

Până în prezent, cercetătorii au reușit să măsoare indirect această temperatură, cu o întârziere relativ mare. Acum, cu noul termometru al cercetătorilor Chalmers, temperaturile foarte scăzute pot fi măsurate direct la marginea ghidului – foarte precise și cu o rezoluție de timp foarte mare.

„Termometrul nostru este un circuit supraconductor, conectat direct la capătul ghidului de undă de măsurare. „Este relativ simplu – și probabil cel mai rapid și mai sensibil termometru din lume pentru acest scop special pe scara miliquelilor”, a declarat Simone Gasparinetti, profesor asistent în Laboratorul de tehnologie cuantică, Universitatea de Tehnologie Chalmers.

Important pentru măsurarea performanței de calcul cuantic

Cercetătorii de la Wallenberg Center for Quantum Technology, WACQT, își propun să construiască un computer cuantic – bazat pe circuite supraconductoare – cu cel puțin 100 de cuburi care funcționează bine, efectuând calcule precise până în 2030. Este nevoie de o temperatură de funcționare a procesorului zero absolut, ideal până la 10 milikelvin. Noul termometru oferă cercetătorilor un instrument important pentru a măsura cât de bune sunt sistemele lor și care sunt deficiențele lor – un pas necesar pentru a putea rafina tehnologia și a-și atinge obiectivul.

Simone Gasparinetti

Simone Gasparinetti, profesor asistent la Departamentul de Microtehnologie și Nanostiințe, Universitatea de Tehnologie Chalmers și investigator șef la Centrul Wallenberg pentru Cuantică. „Fiecare fotografie prezentă îți poate distruge cupola. La frecvențe tipice de funcționare, o creștere modestă a temperaturii de la 20mK la 30mK înseamnă de 50 de ori mai mulți fotoni termici și, prin urmare, un risc de eroare de 50 de ori mai mare. “Credit: Claudia Castillo Moreno / Universitatea de Tehnologie Chalmers

„O anumită temperatură corespunde unui anumit număr de fotoni termici și acest număr scade exponențial cu temperatura. Dacă reușim să scădem temperatura la sfârșit, când ghidul de undă întâlnește cupola la 10 milicelvini, riscul de erori în cuburile noastre este redus drastic ”, spune Per Delsing, profesor la Departamentul de Microtehnologie și Nanostiințe, Universitatea de Tehnologie Chalmers și WACQT.

Măsurarea precisă a temperaturii este, de asemenea, necesară pentru furnizorii care trebuie să poată garanta calitatea componentelor lor, de exemplu cabluri utilizate pentru a gestiona semnale până la stări cuantice.

Noi oportunități în domeniul termodinamicii cuantice

Fenomenele mecanice cuantice, cum ar fi suprapunerea, încurcarea și decoerența, implică o revoluție nu numai în calculul viitor, ci și în termodinamică. S-ar putea ca legile termodinamicii să se schimbe oarecum atunci când se lucrează la nano-scară, într-un mod care ar putea fi folosit într-o zi pentru a produce motoare mai puternice, baterii cu încărcare mai rapidă și multe altele.

„De 15-20 de ani, oamenii studiază modul în care legile termodinamicii pot fi modificate de fenomenele cuantice, dar căutarea unui adevărat avantaj cuantic în termodinamică este încă deschisă”, spune Simone Gasparinetti, care a început recent grupul cercetării sale. și intenționează să contribuie la această cercetare cu o nouă gamă de experimente.

Noul termometru poate măsura, de exemplu, distribuția microundelor termice dintr-un circuit care acționează ca un motor cuantic de încălzire sau frigider.

„Termometrele standard au fost esențiale pentru dezvoltarea termodinamicii clasice. Sperăm că poate, în viitor, termometrul nostru va fi considerat cheia dezvoltării termodinamicii cuantice “, spune Marco Scigliuzzo, doctorand în cadrul Departamentului de Microtehnologie și Nanostiințe, Universitatea de Tehnologie Chalmers.

Referință: „Termometru de propagare cu microunde primar în modul cuantic” de Marco Scigliuzzo, Andreas Bengtsson, Jean-Claude Besse, Andreas Wallraff, Per Delsing și Simone Gasparinetti, 17 decembrie 2020, Revizuirea fizică X.
DOI: 10.1103 / PhysRevX.10.041054

Mai multe despre: Cum funcționează termometrul primar

Noul concept de termometru se bazează pe interacțiunea dintre dispersia coerentă și incoerentă de către un emițător cuantic cu rezonanță. Emițătorul este puternic asociat cu sfârșitul ghidului testat. Fotonii termici din ghidul de undă duc la o scădere măsurabilă a semnalului distribuit coerent, care este înregistrat continuu. În acest fel, numărul de fotoni poate fi citit în modul de propagare a ghidurilor de undă cu microunde – aceasta corespunde unei temperaturi. Aplicația cercetătorilor Chalmers, care folosește un circuit supraconductor operat la frecvențe de gigahertz, oferă simplitate, lățime de bandă mare, sensibilitate ridicată și distribuție de energie neglijabilă.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Zirconii antici datează începutul tectonicii plăcilor în urmă cu 3,6 miliarde de ani – un eveniment critic pentru a face pământul ospitalier pentru viață

Zirconii examinați de echipa de cercetare, fotografiați cu catodoluminiscență, tehnică cu care echipa a putut vizualiza interiorul cristalelor cu un microscop electronic cu scanare...

Putem face opioidele mai puțin dependente? [Video]

În 2017, milioane de oameni din întreaga lume erau dependenți de opioide și 115.000 au murit din cauza unui supradozaj. Opioidele sunt cele mai puternice...

Măsurile neconvenționale împotriva pandemiei și apărării nucleare pot proteja omenirea de catastrofe catastrofale

Lansarea mânerului SM-3 Block IB de la un crucișător cu rachete ghidate USS Lake Erie (CG 70). Credit: Marina SUA În curând viața pe...

Situl de legare a anticorpilor conservat în variantele de virus COVID-19 – impact mare pentru vaccinurile viitoare

O echipă de cercetare Penn State a descoperit că proteinele N din barza-covi-2 sunt stocate în toate coronavirusurile epidemice legate de îngrășăminte (sus, stânga:...

Mișcări ale electronilor de ceas în interiorul unui atom: viteza obturatorului de o milionime dintr-o miliardime de secundă

Reprezentarea artistică a experimentului. Întârzierea inerentă între emisia celor două tipuri de electroni duce la o elipsă caracteristică în datele analizate. În...

Newsletter

Subscribe to stay updated.