Novo dispositivo detecta radiação em um trilionésimo da escala usual: WebCuriosos

Uma equipe de pesquisadores mediu com precisão a potência em uma escala um trilhão de vezes menor do que é possível com instrumentos padrão. Isso significa que a radiação de microondas pode ser avaliada com mais precisão em experimentos de física quântica.

Ser capaz de medir a potência em níveis ultrabaixos é útil para os cientistas que constroem sistemas quânticos – sistemas que são incrivelmente pequenos em escala e geralmente incrivelmente frios em termos de temperatura. Agora podemos fazer essas medições com muito maior precisão.

Por exemplo, o novo sistema poderia ser usado para preparar e calibrar melhor os qubits – partículas no centro dos computadores quânticos que substituem os bits clássicos – para garantir que funcionam conforme pretendido e que as leituras que produzem estão corretas.

“Sensores de potência comerciais normalmente medem potência na escala de um miliwatt”, diz Russell Lake, cientista sênior da empresa de tecnologia quântica Bluefors, na Finlândia.

“Este bolômetro faz isso com precisão e confiabilidade a 1 femtowatt ou menos. Isso é um trilhão de vezes menos energia do que o usado em calibrações de potência típicas.”

Em experimentos quânticos, a energia é medida usando um termômetro especial chamado bolômetro. Ele rastreia a temperatura através de uma pequena tira de material – geralmente um metal ou semicondutor – que muda sua resistência elétrica à medida que absorve energia.

Os pesquisadores adicionaram um aquecedor com corrente e tensão conhecidas no novo sistema. Ao saberem precisamente quanto calor foi colocado, os cientistas detectaram pequenas mudanças de energia causadas por microondas muito fracas.

Parte da razão pela qual a física quântica é tão desafiadora é que os sistemas quânticos são muito frágeis e podem ser quebrados ou interferidos pelas menores perturbações, incluindo as ferramentas que usamos para tentar medi-los. Uma das maneiras pelas quais a nova abordagem pode ajudar é detectando esses distúrbios.

“Para resultados precisos, as linhas de medição usadas para controlar qubits devem estar em temperaturas muito baixas, livres de quaisquer fótons térmicos e excesso de radiação,” diz o físico quântico Mikko Möttönen, da Universidade Aalto, na Finlândia.

“Agora, com este bolômetro, podemos realmente medir a temperatura da radiação sem interferência do circuito do qubit.”

A nova configuração é conhecida como nanobolômetro, e os primeiros testes em microondas fracas que passam por uma linha de transmissão de radiofrequência mostraram que o instrumento poderia registrar com precisão mudanças na potência.

Este trabalho se baseia pesquisa anterior na criação de um bolômetro capaz de medir o estado de energia de um qubit. A abordagem é escalonável e não utiliza muita energia, ao mesmo tempo que elimina qualquer interferência potencial para o qubit.

Os bolômetros podem ser usados ​​em uma ampla variedade de cenários, inclusive como parte de telescópios espaciais profundos, mas se puderem ser usados ​​de forma prática em qubits, isso significa que estamos mais um passo mais perto de sistemas de computação quântica totalmente realizados.

“A medição de microondas acontece em comunicações sem fio, tecnologia de radar e muitos outros campos”, adiciona Lago. “Eles têm suas próprias maneiras de realizar medições precisas, mas não havia como fazer o mesmo ao medir sinais de micro-ondas muito fracos para a tecnologia quântica”.

“O bolômetro é um instrumento de diagnóstico avançado que estava faltando na caixa de ferramentas da tecnologia quântica até agora.”

A pesquisa foi publicada no Revisão de Instrumentos Científicos.