Квантовый болометр сделали из графена

Финские физики разработали новый детектор для измерения энергии с рекордным разрешением на основе графена. Это устройство может обеспечить высокодобротное считывание в сверхроводящих квантовых компьютерах. Результаты были опубликованы в журнале Nature.

Большинство квантовых компьютеров определяют энергетическое состояние кубита по измерению напряжения, что требует инженерно сложной системы усилителей, которая ограничивает масштабируемость квантового компьютера. Более того, такой метод требует много энергии и, самое главное, несет шум, который вносит ошибки в считывание кубита. 

В качестве альтернативы можно использовать болометр — устройств для измерения мощности электромагнитного излучения: при попадании излучения прибор нагревается, в результате чего меняется его электрическое сопротивление. Пока, однако, скорость и чувствительность этих устройств были сильно ограничены.

В прошлом году ученые под руководством Микко Моттонена (Mikko Möttönen) из Университета Аалто разработали рекордно чувствительный болометр на основе сплава золота и палладия. Шумовая мощность оказалась на порядок ниже предыдущего рекорда, а время отклика — почти в 100 раз лучше, чем у других болометров. Однако, этого все еще не хватало для внедрения в квантовые компьютеры.

Теперь та же группа ученых совместно с профессором Пертти Хаконеном (Pertti Hakonen) из Лаборатории низких температур Университета Аалто использовала в качестве активного элемента в болометре графен. У графена очень низкая теплоемкость, а это значит, что можно быстро обнаружить очень небольшие изменения его энергии. Такая скорость делает его идеальным активным элементов в болометрах для измерения не только кубитов, но и других квантовых систем.

Используя графен, исследователи создали устройство, которое может производить измерения за время порядка 200 наносекунд, что на порядки меньше времени когерентности современных сверхпроводящих квантовых систем. Более того, у графенового болометра рекордная чувствительность, а шумовая мощность составила 30 зептоватт на квадратный корень герца.

Про квантовую точность измерений вы можете прочитать в нашем материале «Связать и измерить», а больше про квантовые компьютеры и вычисления можно прочитать в нашей серии материалов «Квантовая азбука».

Михаил Перельштейн