量子计算机的量子处理器(QPU)需要在接近绝对零度的环境下工作,以确保计算的准确度。

近日,美国国家标准技术研究院(NIST)的研究人员,已经发明了一种具有巨大潜力的微型温度计,可用于监测超导量子计算机中处理器芯片的温度。

NIST的超导温度计测量的温度低于1开尔文(相当于零下272.15摄氏度),最低可达50毫开尔文(相当于零下273.1摄氏度)。

与测量芯片设备的传统低温温度计相比,该温度计体积更小、测量速度更快、使用更加便捷、可批量生产。NIST的研究人员在一篇最新发布的期刊论文中,描述了该温度计的设计与操作[2]。

这种新型温度计的规格大小仅为2.5 x 1.15毫米,在安装到芯片上进行使用时,可以将其嵌入或粘附在另一个低温微波设备上,以测量其温度。研究人员使用此微型温度计,演示了对超导微波放大器加热温度的快速、准确的测量。

快!准!冷!小温度计 大潜力-量子客
图1|微型温度计的使用(来源:网络)

研究小组负责人表示,此次研发将有趣的想法变为了有用的工具。这款温度计可以让研究人员,在有限的成本下,测量一系列实验组件的温度,而无需引入其他额外的电子连接器。

这无论是对于量子计算的研发人员,还是其他领域中需要使用低温传感器的研究人员,均可受益。

该温度计由涂有二氧化硅的超导铌谐振器组成,涂层与谐振器相互作用,以改变其自然振动的频率。科学家们认为这是由于原子在两个位点之间的“隧穿效应”(一种量子力学效应)。

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图2|NIST的温度计分别粘贴在该放大器的左下方和右上方(来源:NIST)

谐振器的固有频率取决于温度,而NIST温度计是基于此而发展出的新应用。这个温度计将电子器件测得的频率变化,映射到温度上。

相反,传统的电阻温度计需要将电路布线到室温电子设备上,从而增加了复杂性,并可能导致发热和干扰。

NIST的温度计测量用时大约为5毫秒(千分之一秒),比大多数电阻温度计快数百倍。

而且,此温度计仅需一个简单的步骤即可轻松制造、批量生产,可以在3英寸(约75毫米)的硅晶片上,安装1200多个。

 

参考链接:

[1]https://www.nist.gov/news-events/news/2020/11/nist-sensor-experts-invent-supercool-mini-thermometer

[2]https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0029351

 

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|编  辑:王嘉雯      |审  校:Sakura