世界上噪聲最低的輻射探測器誕生！能極大提高「量子計算機」的保護

2020-10-18 博科園

來自阿爾託大學和芬蘭VTT技術研究中心的科學家已經建造了一種超級靈敏的測輻射熱計，一種熱輻射探測器。新的輻射探測器，由金-鈀混合物製成，使其更容易實時測量電磁輻射強度。測輻射熱計廣泛用於建築行業的熱像儀和測量宇宙輻射的衛星中。新的發展可能會幫助測輻射熱計找到通往量子計算機的道路，如果新的輻射探測器在太空中的功能與在實驗室中一樣好，它也可以用來更準確地測量太空中的宇宙微波背景輻射。

阿爾託大學和VTT的量子技術聯合教授Mikko Möttönen表示：新探測器的靈敏度非常高，其噪聲水平（信號在正確值周圍反彈的幅度）僅為任何其他輻射熱計噪聲的十分之一，速度也比以前的低噪聲輻射探測器快一百倍。起初，研究小組用金製作了一個輻射探測器，但幾周後就破裂了，因為金與鋁不相容，鋁在探測器中用作超導體。為了克服這一點，該小組開始使用金和鈀的混合物，這種混合物非常耐用，但在測輻射熱計中卻是一種罕見的材料。

在阿爾託大學研究輻射熱計的Roope Kokkoniemi說：除了材料之外，新輻射探測器的秘密在於它非常小，穿過輻射探測器中部的納米線只有一微米長，200納米寬，幾十納米厚。測輻射熱計的工作原理是測量輻射的加熱效應，當測輻射熱計加熱時，其電氣特性會發生變化，這可以高精度地測量，測輻射熱計越小，加熱它所需的輻射就越少。小型輻射探測器的熱容很低，所以弱輻射提供了更強的信號。

更好的保護

量子計算機在低溫恆溫器，也就是極冷的超級冰櫃中運行，即使是極少量的過量輻射也會引起很多幹擾。由於納米溫度計非常敏感，它們可以方便地測量低溫恆溫器中的過量輻射水平，以便通過更好的保護來減少輻射。輻射熱計還可以用來讀取量子比特或量子比特的值。然而，為了這個目的，測輻射熱計需要更快。為了連續幾次讀取超導量子計算機中的量子信息，而不會在其間降級，測輻射熱計的速度必須快約100倍。

研究中還開發了微波放大器，任務是加強信號，但也增加了噪聲。與最好的商業放大器相比，VTT開發的超導微波放大器成功地將測輻射熱計噪聲降低了一半。測輻射熱計是由Mikko Möttönen領導的量子計算和器件研究小組開發，其研究成果發表在《通信物理》期刊上。

博科園｜研究/來自：阿爾託大學

參考期刊《通信物理》

DOI: 10.1038/s42005-019-0225-6

博科園｜科學、科技、科研、科普

關注【博科園】看更多大美宇宙科學

相關焦點

  • 新機制可測量量子輻射壓力噪聲 有助提高下一代引力波探測器靈敏度
    據英國《自然》雜誌25日發表的一項量子物理學最新研究，美國科學家團隊設計了一種將會影響下一代引力波探測器噪聲測量的機制，有助於開發降低這種噪聲的技術，從而大幅提高引力波探測的靈敏度。引力波探測意味著人類在前往未知世界的路上更進了一步。
  • 量子壓縮器能極大提高探測器精度,識別出更多黑洞碰撞的引力波!
    當連續測量物體的位置時，這種被稱為反向作用的量子效應限制了可達到的精度。在幹涉儀型引力波探測器中，這種反向作用效應表現為量子輻射壓力噪聲(QRPN)，並將最終(但還沒有)限制靈敏度。在本研究中提出了使用量子工程光態來直接操縱系統中的量子反作用。在系統中它在10-50kHz範圍內佔主導地位，觀察到量子反作用噪聲降低了1.2dB。
  • 怕熱、怕磁場還怕輻射！如何「保護」一臺脆弱的量子計算機？
    2019年1月，IBM在CES展會期間推出其量子計算機Q System One，是世界上首款專為科研和商業用途設計的全集成通用量子計算機。今年3月，霍尼韋爾稱研發出了世界最強的量子計算機，量子體積得分達到64，比Q System One多一倍。但還不到半年，IBM也相繼宣布其量子計算機同樣達到了64量子體積。
  • 怕熱、怕磁場還怕輻射!如何「保護」一臺脆弱的量子計算機?
    2019年1月，IBM在CES展會期間推出其量子計算機Q System One，是世界上首款專為科研和商業用途設計的全集成通用量子計算機。今年3月，霍尼韋爾稱研發出了世界最強的量子計算機，量子體積得分達到64，比Q System One多一倍。但還不到半年，IBM也相繼宣布其量子計算機同樣達到了64量子體積。
  • 攻克引力波探測器,受電磁場真空漲落效應,引起的量子噪聲限制!
    日本國家天文臺科學家利用位於東京三中的前TAMA300引力波探測器的基礎設施，展示了一種降低探測器中量子噪聲的新技術。這項新技術將提高探測器的靈敏度，這些探測器組成了一個合作的全球引力波網絡，能夠觀測到更微弱的引力波。
  • 科學家在噪聲量子計算機上計算分子的性質來提高準確性
    近日據外媒報導，維吉尼亞理工大學化學和物理研究小組發表在《自然通訊》的論文表明，他們過設計一種算法來改進量子模擬，這種算法可以更有效地計算噪聲量子計算機上分子的性質。目前設想的大型糾錯的量子計算機可能要幾十年後才能實現，然而專家們正在積極地研究如何使用現有的和先進的量子處理器來解決有用的問題，儘管存在錯誤或「噪音」的局限性。一個關鍵的預期用途是模擬分子性質，從長遠來看，這可能導致材料改進和藥物發現方面的進展。量子計算機有望比目前使用的傳統計算機更有效地進行某些計算。
  • 量子計算機為什麼易受幹擾和多噪聲？
    「……最近，MIT 和太平洋西北國家實驗室 （PNNL）的研究人員卻發現，混凝土牆壁中的微量元素，以及宇宙射線發出的低水平、無害的輻射，卻會足以引起這種「退相干」現象的發生。……」關於量子計算機易受幹擾和多噪聲的問題，我早就談到過一些，尤其是越孤單的粒子個體產生光量子過程中，越難以抵抗幹擾而保持住絕對的純淨。為什麼有這個推論呢？
  • 俄極大提高量子點自發發射率
    &nbsp&nbsp&nbsp&nbsp俄極大提高量子點自發發射率&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp光致發光強度增加近一個數量級&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp科技日報莫斯科9月1日電
  • Nature:新技術有望解決量子計算機信息傳輸難題
    奧地利科學技術研究所 Johannes Fink 教授研究組成員發現了一種利用機械振蕩器產生糾纏輻射的方法，可能將在連接量子計算機方面發揮巨大作用。研究成果發表在《自然》雜誌上。 量子糾纏是量子世界特有的典型現象，不存在於所謂的古典世界，即支配人類日常生活的世界和物理定律中。當兩個粒子發生糾纏時，其中一個粒子的特性可以通過觀察另一個粒子來確定。
  • 俄極大提高量子點自發發射率
    光致發光強度增加近一個數量級科技日報莫斯科9月1日電 （記者董映璧）俄羅斯國立核研究大學研究人員首次提高了量子點的自發發射率，並使其。這一成果可用於解決創建量子計算機的關鍵問題，也可將生物醫學監測技術提升到一個新的水平。相關研究發表在最近的《光學快報》上。量子點是低維螢光納米結構，在光與物質相互作用領域有著極大應用潛力。
  • 第一次,在人體大小的物體上測得量子漲落
    為了保護LIGO不受外部噪聲的幹擾，從而更好地識別出由引力波產生的這種極其微妙的變化，LIGO的研究人員已經做了很多努力來儘可能地排除這些擾動。雷射中的量子漲落就是一種可以產生輻射壓力的量子噪聲，這種壓力能對物體產生衝擊。在新的研究中，研究人員想要知道，LIGO是否靈敏到能感受到這種更微小的效應，即在LIGO雷射器的光子中所產生的量子噪聲。
  • 百年的超越:量子物理學與量子計算機
    中關村在線原創量子計算機那麼什麼是量子、什麼又是量子計算機？我覺得作為中關村在線的網友有必要知道。我在翻閱了不少資料之後，寫出此文，希望能用淺顯的語音能讓你有所了解這個全新的領域，多少也知道量子理論誕生的來龍去脈。經典物理學的挑戰我們先把時鐘撥回到一個多世紀以前的十九世紀末、二十世紀初。
  • 量子計算機能做什麼？
    量子計算領域這幾年發展得如火如荼，量子計算機的比特位數也在不斷增加。2019年12月，谷歌宣布實現「量子霸權」——量子計算機在某一「特定問題」上的計算速度超過傳統計算機，這標誌著量子計算機的發展進入了一個新階段。但「特定問題」只是一些毫無價值的問題，量子計算機作為一個工具，它將來究竟能為我們做些什麼有用的事情呢？
  • 物理學家開發了一種提高重力波探測器靈敏度的方法
    路易斯安那州立大學博士 物理學校友喬納森·克裡普（Jonathan Cripe）和他的LSU研究人員團隊與加州理工學院（Caltech）和索拉伯斯（Thorlabs）的科學家們進行了一項新實驗，以探索一種消除這種量子反作用並提高探測器靈敏度的方法。
  • 量子漲落可以搖動人類尺度上的物體
    研究人員使用了一種他們設計的特殊儀器，叫做量子擠壓器，來「操縱探測器的量子噪音，減少它對鏡子的衝擊，以一種最終可以提高LIGO探測引力波的靈敏度的方式，」麻省理工學院物理學研究生Haocun Yu解釋說。「這個實驗的特別之處在於，我們已經看到了量子效應在像人一樣大的物體上發生，」麻省理工學院物理系副主任、大理石教授Nergis Mavalvala說。
  • 量子計算機之危：對噪聲非常敏感，噪聲可以迅速摧毀量子疊加態！
    在經典計算機中，所有數據都被分解成取值為0和1的位序列，這兩個值對應於計算機處理單元和存儲器中數百萬個微小電子開關的「開」或「關」狀態。可以使用大量這樣的量子比特來建造量子計算機，這些量子比特必須使用全新的算法和語言進行編程。量子計算機理論上可能能夠解決在經典計算機上幾乎不可能解決的問題，例如，通過原子和電子水平的計算（這本身就需要使用量子力學）設計具有所需性質的新分子或材料。
  • 量子計算機之危:對噪聲非常敏感,噪聲可以迅速摧毀量子疊加態!
    來自CSC-IT科學中心、阿爾託大學和奧博·阿卡德的研究人員及其來自美國波士頓大學的合作者，首次系統地展示了噪音對量子計算的影響，其這項研究成果發表在《物理評論快報》期刊上。在經典計算機中，所有數據都被分解成取值為0和1的位序列，這兩個值對應於計算機處理單元和存儲器中數百萬個微小電子開關的「開」或「關」狀態。
  • 量子計算機能做什麼用途？
    量子計算機能做什麼？量子計算領域這幾年發展得如火如荼，量子計算機的比特位數也在不斷增加。2019年12月，谷歌宣布實現「量子霸權」——量子計算機在某一「特定問題」上的計算速度超過傳統計算機，這標誌著量子計算機的發展進入了一個新階段。
  • 中國量子計算機誕生,創世界紀錄
    今天，科技界迎來了一則重磅消息：世界上第一臺超越早期經典計算機的光量子計算機誕生。
  • 光量子擠壓器：室溫下降低量子噪聲的新技術
    這是第一種可以在室溫下工作的光擠壓器，它將能進一步改進受量子噪音限制的高精度雷射測量與調製，在量子計算和引力波探測等領域進行更精確的測量。相關成果發表在近期的《自然·物理》雜誌上。這種光量子擠壓器的核心構造是一個只有彈珠大小的光學共振腔。