量子科学家精确测量的功率水平比平时低1万亿倍

芬兰的科学家开发了一种纳米设备，可以在超低温下测量微波辐射的绝对功率，低至飞瓦级 - 比可验证功率测量中常规使用的尺度低数万亿倍。该设备有可能显着推进量子技术中的微波测量。

量子科学主要在超低温下使用称为稀释冰箱的设备进行。实验还必须在微小的能级下进行 - 低至单光子的能级甚至更低。研究人员必须尽可能准确地测量这些极低的能量水平，这意味着还要考虑热量 - 这是量子设备的一个持续问题。

为了在量子实验中测量热量，科学家使用了一种称为辐射热计的特殊类型的温度计。阿尔托大学最近由阿尔托和VTT量子技术副教授Mikko Möttönen领导的团队开发了一种非常精确的辐射热计，但该设备的不确定性比他们希望的要大。虽然它使他们能够观察相对功率水平，但他们无法非常准确地确定绝对能量。

在这项新研究中，Möttönen的团队与量子技术公司Bluefors和IQM以及芬兰VTT技术研究中心的研究人员合作改进了辐射热计。这项工作于今天(25月<>日)作为《科学仪器评论》的编辑精选发表。

“我们在辐射热计上增加了一个加热器，因此我们可以施加已知的加热器电流并测量电压。由于我们知道输入加热器的精确功率，因此我们可以根据加热器功率校准输入辐射的功率。结果是一个在低温下工作的自校准辐射热计，这使我们能够在低温下准确测量绝对功率，“Möttönen说。

根据Bluefors量子应用总监Russell Lake的说法，新的辐射热计是测量微波功率的重要一步。

“商用功率传感器通常以一毫瓦的尺度测量功率。该辐射热计在一飞瓦或以下准确可靠地做到这一点。这比典型功率校准中使用的功率低一万亿倍。

覆盖深部和宽范围

Möttönen解释说，新的辐射热计可以提高量子计算机的性能。“为了获得准确的结果，用于控制量子比特的测量线应该处于非常低的温度下，[去]没有任何热光子和过量的辐射。现在有了这个辐射热计，我们实际上可以在不受量子比特电路干扰的情况下测量辐射温度，“他说。

辐射热计还涵盖广泛的频率范围。

“传感器是宽带的，这意味着它可以测量各种频率吸收的功率。这在量子技术中不是给定的，因为通常传感器仅限于非常窄的频段，“Bluefors的科学家Jean-Philippe Girard说，他之前也在阿尔托工作过该设备。

该团队表示，辐射热计为量子技术领域提供了重大推动力。

“测量微波发生在无线通信、雷达技术和许多其他领域。他们有执行精确测量的方法，但是在测量量子技术非常微弱的微波信号时，没有办法做同样的事情。辐射热计是一种先进的诊断仪器，到目前为止，量子技术工具箱中一直缺少它，“Lake说。

这项工作是阿尔托大学和Bluefors之间无缝合作的结果，是学术界和工业界相互补充的完美典范。该设备由阿尔托的量子计算和设备(QCD)小组开发，该小组是芬兰科学院量子技术卓越中心(QTF)的一部分。他们使用了属于国家研究基础设施OtaNano的Micronova洁净室。自从在阿尔托进行第一次实验以来，Bluefors也在自己的工业设施中成功地测试了这些设备。

“这表明，这不仅仅是大学实验室的幸运休息，而是从事量子技术工作的工业和学术专业人士都可以从中受益，”Möttönen说。

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