نمایش موفقیت‌آمیز یک سنسور توان تجاری با فرکانس رادیویی در دمای کرایوژنیک راه را برای محاسبات کوانتومی هموار می‌کند

خلاصه خبر:

پژوهشگران آزمایشگاه ملی فیزیک (NPL) و شرکت Keysight Technologies موفق به استفاده موفقیت‌آمیز از یک سنسور توان RF تجاری در دماهای بسیار پایین (تا ۳ کلوین) برای اولین بار شدند. این سنسور که برای کاربردهای فناوری کوانتومی ضروری است، اندازه‌گیری‌های دقیقی ارائه می‌دهد که برای حفظ پایداری کیوبیت‌ها در دستگاه‌های کوانتومی حیاتی است. سیستم‌های کوانتومی به دماهای بسیار پایین نیاز دارند تا نویز حرارتی را کاهش داده و همدوسی را حفظ کنند، که برای انجام محاسبات اهمیت دارد. تطبیق سنسور Keysight N8481S شامل اتصال ترموپیل‌ها برای تشخیص تغییرات کوچک ولتاژ بود که امکان خواندن دقیق قدرت RF تا -۳۵ دسی‌بل میلی‌وات را فراهم کرد. این پیشرفت، قابلیت ردیابی SI را برای اندازه‌گیری‌های دقیق جهانی تضمین می‌کند که از توسعه فناوری‌های کوانتومی پشتیبانی می‌کند. این دستاورد، گامی مهم در متروژی قدرت RF برای نوآوری کوانتومی تلقی میشود.

توضیحات تکمیلی:

محققان در آزمایشگاه ملی فیزیک (NPL) و شرکت Keysight Technologies موفق به دستیابی به دستاوردی جدید در حوزه اندازه‌گیری دماهای بسیار پایین شدند. آن‌ها سنسور توان RF تجاری Keysight N8481S را طوری تغییر دادند که بتواند در دمای بسیار پایین ۳ کلوین با دقت بالا کار کند. این موفقیت، که در کنفرانس ۲۰۲۴ اندازه‌گیری‌های دقیق الکترومغناطیسی (CPEM) ارائه شد، پاسخی به نیاز اساسی در محاسبات کوانتومی است که در آن دستگاه‌های کوانتومی مانند کیوبیت‌ها باید در دماهای نزدیک به صفر مطلق نگهداری شوند تا پایداری و همدوسی خود را حفظ کنند. در دماهای بالاتر، انرژی حرارتی باعث اختلال در حالت‌های کوانتومی می‌شود و به محاسبات و داده‌ها آسیب می‌رساند.

دستیابی به اندازه‌گیری‌های قابل ردیابی بر اساس استانداردهای بین‌المللی (SI) – که دقت اندازه‌گیری‌ها را در سطح جهانی تضمین می‌کند – در کاربردهایی که نیاز به دقت بالایی دارند، حیاتی است. این پروژه اولین بار است که از یک سنسور تجاری در چنین دماهای پایینی استفاده شده و نشان می‌دهد که مدل N8481S می‌تواند سطوح توان  RF را از -35 dBm تا 0 dBm و فرکانس‌های 100 کیلوهرتز تا 10 گیگاهرتز اندازه‌گیری کند. محققان با استفاده از توان DC مشخص برای کالیبره کردن ترموپیل سنسور، که قدرت RF را با تشخیص تفاوت‌های دما اندازه‌گیری می‌کند، اطمینان حاصل کردند که این اندازه‌گیری‌ها دقیق و مطابق با استانداردهای SI هستند؛ یک نیاز اساسی برای همسانی علمی و صنعتی.

کار در دماهای کرایوژنیک چالش‌های خاص خود را دارد: اجزا ممکن است رفتار متفاوتی داشته باشند، حفظ یکپارچگی سیگنال دشوارتر است و خطاهای کوچک می‌توانند بر عملکرد کوانتومی تاثیرات زیادی بگذارند. محققان این مشکل را با اتصال ترموپیل‌های سنسور به یک نانوولت‌متر حساس برای ثبت تغییرات جزئی دما حل کردند که برای تشخیص دقیق سطوح قدرت ضروری است. امکان انجام چنین اندازه‌گیری‌هایی نه تنها از محاسبات کوانتومی، بلکه از حوزه‌های حساس دیگری مانند هوافضا و دفاع نیز پشتیبانی می‌کند که در آن‌ها اندازه‌گیری‌های قدرت RF و میکروویو به مهندسی دقیق و قابل اعتماد کمک می‌کنند.

دکتر مرات جلب، از NPL، ضمن تأکید بر بیش از ۶۰ سال تجربه در اندازه‌گیری دقیق RF، به اهمیت این دستاورد برای نوآوری در فناوری کوانتوم اشاره کرد. این همکاری نشان می‌دهد که نقش حیاتی اندازه‌گیری‌های دقیق RF در پیشرفت سیستم‌های کوانتومی می‌تواند بر ارتباطات امن، رمزگذاری و سایر فناوری‌های تحول‌آفرین تأثیرگذار باشد.

منبع

https://thequantuminsider.com/2024/11/05/winter-is-coming-for-quantum-tech-precision-rf-power-achieved-at-cryogenic-temperatures/

https://phys.org/news/2024-11-successful-commercial-cryogenic-radio-frequency.html

Murat Celep et al, SI Traceable RF and Microwave Power Measurements at Cryogenic Temperatures, 2024 Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM) (2024). DOI: 10.1109/CPEM61406.2024.10646150