Это небольшое устройство может упростить процесс слежения за температурой в сверхпроводящих квантовых компьютерах
Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) изобрели миниатюрный термометр, который можно использовать для контроля криогенных температур процессорных микросхем в сверхпроводящих квантовых компьютерах, обязательным условием нормальной работы которых является низкая температура кристалла.
Термометр состоит из сверхпроводящего ниобиевого резонатора, покрытого диоксидом кремния. Покрытие взаимодействует с резонатором, изменяя естественную частоту его вибрации. Ученые подозревают, что это происходит из-за «туннелирования» атомов между двумя участками – квантово-механического эффекта.
Принцип работы термометра NIST основан на том, что собственная частота резонатора является функцией его температуры. Термометр фиксирует изменения частоты, измеренные электроникой, а затем по этим изменениям определяет реальную температуру. В отличие от этого, обычные термометры для температур, близких к нулю по шкале Кельвина, основаны на измерениях электрического сопротивления. Они требуют подключения проводов к электронике, работающей при комнатной температуре, что делает конечное устройство более сложным (и более дорогим) и потенциально искажает результаты измерений из-за добавления тепла.
 |
| Два сверхпроводящих термометра NIST для измерения криогенных температур приклеены к левому нижнему и правому верхнему углам этого усилителя. Миниатюрные термометры, сделанные из ниобия на слое диоксида кремния, измеряют температуру усилителя или другого устройства, основываясь на изменениях частотного сигнала. |
Термометр NIST измеряет температуру примерно за 5 мс, что намного быстрее, чем большинство обычных резистивных термометров, которым требуется порядка одной десятой секунды. Термометр NIST также будет проще в изготовлении и потребует всего одного этапа производственного процесса. Они могут выпускаться крупносерийно – на 3-дюймовой кремниевой пластине умещается более 1200 устройств.
Новый сверхпроводящий термометр измеряет температуры ниже 1° Кельвина (272.15 °C) до 50 мК (милликельвинов) и потенциально до 5 мК. Он меньше, быстрее и удобнее, чем обычные криогенные термометры, используемые для контроля температуры таких устройств, как микросхемы.
Новый прибор с размерами всего 2.5 × 1.15 мм может быть встроен в другое криогенное устройство или прикреплен к нему для измерения его температуры при установке на микросхеме.
Эта технология является побочным продуктом разработки в NIST сверхпроводящих датчиков для камер телескопов, в частности для СВЧ-детекторов, поставляемых для суборбитальных телескопов BLAST и TolTEC.
Новый термометр позволит исследователям измерять температуру широкого спектра компонентов в тестовых корпусах с очень небольшими затратами и без необходимости подключения большого количества дополнительных электрических проводов. Это должно дать преимущество исследователям, работающих в области квантовых вычислений.
