El nuevo dispositivo detecta radiación a una billonésima parte de la escala habitual: ScienceAlert

Un equipo de investigadores ha medido con precisión los caballos de fuerza en una escala que es un billón de veces más pequeña de lo que es posible con instrumentos estándar. Significa que la radiación de microondas se puede evaluar con mayor precisión en experimentos de física cuántica.

Ser capaz de medir la energía en niveles ultrabajos es útil para los científicos que construyen sistemas cuánticos, sistemas que son increíblemente pequeños en escala y generalmente increíblemente fríos en términos de temperatura. Ahora podemos tomar esas medidas con mucha mayor precisión.

Por ejemplo, el nuevo sistema podría usarse para preparar y calibrar mejor los qubits, partículas en el corazón de las computadoras cuánticas que reemplazan a los bits clásicos, para garantizar que funcionen según lo previsto y que las lecturas que producen sean correctas.

«Los sensores de potencia comerciales suelen medir la potencia en la escala de un milivatio», Él dice Russell Lake, científico sénior de la empresa de tecnología cuántica Bluefors en Finlandia.

«Este bolómetro lo hace de manera precisa y confiable a 1 femtovatio o menos. Eso es un billón de veces menos energía que la que se usa en las calibraciones de energía típicas».

En los experimentos cuánticos, la energía se mide usando un termómetro especial llamado bolómetro. Realiza un seguimiento de la temperatura a través de una pequeña tira de material, generalmente un metal o un semiconductor, que cambia su resistencia eléctrica a medida que absorbe energía.

Los investigadores agregaron un calentador con una corriente y un voltaje conocidos al nuevo sistema. Sabiendo con precisión cuánto calor se introdujo, los científicos detectaron cambios de energía muy pequeños producidos por microondas muy débiles.

Parte de la razón por la que la física cuántica es tan desafiante es que los sistemas cuánticos son muy frágiles y pueden romperse o interferir con las perturbaciones más pequeñas, incluidas las herramientas que usamos para tratar de medirlas. Una de las formas en que el nuevo enfoque puede ayudar es detectando tales perturbaciones.

«Para obtener resultados precisos, las líneas de medición utilizadas para monitorear los qubits deben estar a temperaturas muy bajas, libres de exceso de fotones térmicos y radiación». Él dice físico cuántico Mikko Möttönen de la Universidad Aalto en Finlandia.

«Ahora, con este bolómetro, podemos medir la temperatura de radiación sin la interferencia de los bucles qubit».

La nueva configuración se conoce como nanobolómetro, y las primeras pruebas de microondas débiles que pasan a través de una línea de transmisión de radiofrecuencia mostraron que el instrumento podía registrar con precisión los cambios en la potencia.

Este trabajo se basa en búsqueda anterior en la creación de un bolómetro capaz de medir el estado energético de un qubit. El enfoque es escalable y no consume mucha energía, lo que elimina cualquier posible interferencia para el qubit.

Los bolómetros se pueden usar en una amplia variedad de escenarios, incluso como parte de telescopios del espacio profundo, pero si se pueden usar prácticamente en qubits, significa que estamos un paso más cerca de los sistemas de computación cuántica completamente realizados.

«La medición de microondas ocurre en comunicaciones inalámbricas, tecnología de radar y muchos otros campos», agrega Lago: «Tienen sus propias formas de hacer mediciones precisas, pero no había forma de hacer lo mismo al medir señales de microondas muy débiles para la tecnología cuántica».

«El bolómetro es una herramienta de diagnóstico avanzada que hasta ahora no se encontraba en la caja de herramientas de la tecnología cuántica».

La investigación fue publicada en Revisión de instrumentos científicos.