Un equipo de investigadores ha medido con precisión la potencia a una escala que es un billón de veces más pequeña de lo que es posible con instrumentos estándar. Significa que la radiación de microondas se puede evaluar con mayor precisión en los experimentos de física cuántica.
Ser capaz de medir la energía en niveles ultrabajos es útil para los científicos que construyen sistemas cuánticos, sistemas que son increíblemente pequeños en escala y generalmente increíblemente fríos en términos de temperatura. Ahora podemos tomar esas medidas con mucha mayor precisión. Por ejemplo, el nuevo sistema podría usarse para preparar y calibrar mejor los qubits (partículas en el centro de las computadoras cuánticas que reemplazan a los bits clásicos) para garantizar que funcionen según lo previsto y que las lecturas que producen sean correctas.
“Los sensores de potencia comerciales suelen medir la potencia en la escala de un milivatio”, dice Russell Lake, científico principal de la empresa de tecnología cuántica Bluefors en Finlandia.
“Este bolómetro lo hace de manera precisa y confiable a 1 femtovatio o menos. Eso es un billón de veces menos energía que la utilizada en las calibraciones de energía típicas”.
En los experimentos cuánticos, la energía se mide con un termómetro especial llamado bolómetro. Realiza un seguimiento de la temperatura a través de una pequeña tira de material, generalmente un metal o un semiconductor, que cambia su resistencia eléctrica a medida que absorbe energía.
Los investigadores agregaron un calentador con una corriente y un voltaje conocidos en el nuevo sistema. Al saber con precisión cuánto calor se introdujo, los científicos detectaron cambios de energía muy pequeños producidos por microondas muy débiles.
Parte de la razón por la que la física cuántica es tan desafiante es que los sistemas cuánticos son muy frágiles y pueden romperse o interferir con las perturbaciones más pequeñas, incluidas las herramientas que usamos para tratar de medirlas. Una de las formas en que el nuevo enfoque puede ayudar es detectando esas perturbaciones.
“Para obtener resultados precisos, las líneas de medición utilizadas para controlar los qubits deben estar a temperaturas muy bajas, sin fotones térmicos ni exceso de radiación”, dice el físico cuántico Mikko Möttönen de la Universidad Aalto en Finlandia.
“Ahora, con este bolómetro, podemos medir la temperatura de radiación sin la interferencia del circuito qubit”.
La nueva configuración se conoce como nanobolómetro, y las primeras pruebas en microondas débiles que pasan a través de una línea de transmisión de radiofrecuencia mostraron que el instrumento podía registrar con precisión los cambios en la potencia. Este trabajo se basa en investigaciones anteriores para crear un bolómetro capaz de medir el estado de energía de un qubit. El enfoque es escalable y no usa mucha energía mientras elimina cualquier interferencia potencial para el qubit. Los bolómetros se pueden usar en una amplia variedad de escenarios, incluso como parte de telescopios del espacio profundo, pero si se pueden usar prácticamente en qubits, significa que estamos un paso más cerca de sistemas de computación cuántica completamente realizados.
“La medición de microondas ocurre en las comunicaciones inalámbricas, la tecnología de radar y muchos otros campos”, agrega Lake. “Tienen sus formas de realizar mediciones precisas, pero no había forma de hacer lo mismo al medir señales de microondas muy débiles para la tecnología cuántica”.
“El bolómetro es un instrumento de diagnóstico avanzado que no se encontraba en la caja de herramientas de la tecnología cuántica hasta ahora”.
La investigación ha sido publicada en Review of Scientific Instruments.
Fuente: Science Alert.
