Onderzoekers van Aalto University en VTT Technical Research Centre van Finland hebben een supergevoelige bolometer gebouwd, een soort thermische stralingsdetector. De nieuwe stralingsdetector, gemaakt van een goud-palladiummengsel maakt het gemakkelijker om de sterkte van elektromagnetische straling in realtime te meten. Bolometers worden veel gebruikt in thermische camera's in de bouw en in satellieten om kosmische straling te meten.

De nieuwe ontwikkelingen kunnen bolometers helpen hun weg naar kwantumcomputers te vinden. Als de nieuwe stralingsdetector het in de ruimte net zo goed doet als in het laboratorium, het kan ook worden gebruikt om kosmische microgolfachtergrondstraling in de ruimte nauwkeuriger te meten.

"De nieuwe detector is extreem gevoelig, en het ruisniveau - hoeveel het signaal rond de juiste waarde stuitert, is slechts een tiende van het geluid van een andere bolometer. Het is ook honderd keer sneller dan eerdere geluidsarme stralingsdetectoren, " zegt Mikko Möttönen, die werkt als een gezamenlijke hoogleraar Quantum Technology aan de Aalto University en VTT.

Aanvankelijk, de onderzoeksgroep bouwde een stralingsdetector uit goud, maar het brak binnen een paar weken, omdat goud niet compatibel is met het aluminium dat als supergeleider in de detector wordt gebruikt. Om dit te overwinnen, de groep begon een mengsel van goud en palladium te gebruiken, dat is zeer duurzaam maar een zeldzaam materiaal in bolometers.

“Naast het materiaal, het geheim van de nieuwe stralingsdetector schuilt in zijn zeer kleine schaal. De nanodraad die door het midden van de stralingsdetector loopt, is slechts ongeveer een micrometer lang, tweehonderd nanometer breed en enkele tientallen nanometer dik, " zegt Roope Kokkoniemi, die de bolometer studeerde aan de universiteit van Aalto.

Een bolometer werkt door het verwarmingseffect van straling te meten. Wanneer een bolometer opwarmt, de elektrische eigenschappen veranderen, en dit kan met hoge precisie worden gemeten. Hoe kleiner de bolometer, hoe minder straling er nodig is om het te verwarmen.

"Een kleine stralingsdetector heeft een lage warmtecapaciteit, dus zwakke straling zorgt voor een sterker signaal, " legt Kokkoniemi uit.

Betere bescherming

"Kwantumcomputers werken in cryostaten, extreem koude supervriezers, waarin zelfs de kleinste hoeveelheid overtollige straling veel storing veroorzaakt. Omdat nanobolometers erg gevoelig zijn, ze zouden gemakkelijk het niveau van overtollige straling in de cryostaat kunnen meten om de straling te verminderen door een betere bescherming, ', zegt Mottönen.

De bolometer kan ook worden gebruikt om de waarde van kwantumbits af te lezen, of qubits. Echter, Voor dit doeleinde, de bolometer zou nog sneller moeten zijn.

"Om meerdere keren achter elkaar kwantuminformatie in supergeleidende kwantumcomputers te lezen zonder dat het tussendoor degradeert, de bolometer zou ongeveer honderd keer sneller moeten zijn, ', zegt Mottönen.

In het onderzoek zijn ook microgolfversterkers ontwikkeld. Hun taak is om het signaal te versterken, maar ze voegen ook ruis toe. De door VTT ontwikkelde supergeleidende microgolfversterker slaagde erin de bolometerruis te halveren in vergelijking met de beste commerciële versterker die werd gebruikt.

De bolometer is ontwikkeld in de onderzoeksgroep Quantum Computing and Devices onder leiding van Mikko Möttönen. Het artikel is gepubliceerd in de Communicatiefysica tijdschrift op 11 oktober.