В настоящее время электромагнитные волны микроволнового диапазона используются достаточно широко в различных областях науки и техники. При их помощи мы не только готовим или разогреваем еду в микроволновых печах, микроволновые лучи обеспечивают работу высокочувствительных камер, они управляют состоянием кубитов в некоторых квантовых вычислительных системах и делают многое другое. Естественно, что при реализации множества технологий, связанных с микроволновым излучением, требуется улавливать (детектировать) эти волны с максимально возможной чувствительностью. И серьезных успехов в этом деле удалось добиться ученым из университета Аальто (Aalto University), разработанный ими датчик микроволнового излучения имеет в четырнадцать раз большую чувствительность, нежели все подобное, что было создано ранее.
Ключевым моментом нового датчика является сверхпроводимость и уникальная новая конструкция этого датчика. Датчик состоит из крошечных алюминиевых деталей, материал которых находится в сверхпроводящем состоянии. А соединены между собой эти детали при помощи золотых нанопроводников. Конструктивные особенности нового датчика позволяют ему поглощать микроволновые фотоны с максимально возможной на сегодняшний день эффективностью, а собственно активная часть датчика имеет размеры, не превышающие размеров человеческой кровяной клетки.
«В своей работе мы руководствовались принципом, что чем меньше, тем лучше. Датчики малых размеров позволяют нам получить полезный сигнал большего уровня, при этом, их изготовление обходится дешевле при условии массового производства» — рассказывает Микко Меттенен (Mikko Mottonen), руководитель группы Квантовых вычислительных систем и устройств (Quantum Computing and Devices research group).
Новый датчик функционирует при температуре в одну сотую градуса выше абсолютного нуля. Тепловые шумы в таком случае настолько слабы, что датчик позволяет уловить всплеск излучения, энергия которого составляет единицы зептоджоуля (зепто — это 10^-21), для сравнения такое количество энергии способно переместить кровяную клетку всего на расстояние в 1 нанометр.
Вторым ключевым моментом нового датчика является технология усиления полезного сигнала, который появляется в результате воздействия крошечных энергетических пакетов, фотонов. Для этого исследователи использовали достаточно широко распространенную в электронике технологию положительной обратной связи, которая за счет энергии из внешнего источника усиливает изменение температуры, вызванное поглощением фотона поверхностью датчика.
Помимо области телекоммуникаций, где новый датчик может быть использован для детектирования информационных сигналов, его можно будет использовать в качестве измерительного устройства и для устройства, определяющего состояние квантовых битов, кубитов, которые являются основой любой квантовой вычислительной системы. «При помощи существующих технологий мы имеем возможность производить на свет единственные фотоны микроволнового излучения» — рассказывает Йонас Говениус (Joonas Govenius), — «Однако, до последнего времени детектирование таких фотонов и измерение их параметров оставалось за пределами возможностей существующих приборов. А теперь люди получили в свое распоряжение такую возможность, и мы даже не возьмемся прогнозировать, к каким прорывам и в каких областях все это может привести».
Источник:
