Aalto-yliopisto ja VTT ovat kehittäneet maailman vähäkohinaisin säteilyilmaisimen, joka voi edesauttaa uusien nopeiden kvanttitietokoneiden kehitystä. Tutkijoiden ratkaisu on selvästi aempaa nopeampi, ja se pystyy toimimaan ilman taukoja.
Uudella säteilyilmaisimella sähkömagneettisen säteilyn tehoa voidaan myös mitata reaaliaikaisesti, toisin kuin saman tutkimusryhmän 2016 rakentamalla ilmaisimella, joka piti asettaa alkutilaan aina ennen uutta mittausta.
”Uusi säteilyilmaisin on äärimmäisen herkkä, ja kohina eli signaalin poukkoilu oikean arvon ympärillä on vain kymmenesosa parhaan kilpailijan kohinasta”, sanoo Mikko Möttönen, joka toimii Aalto-yliopiston ja VTT:n yhteisprofessorina kvanttiteknologian alalla.
Aallon ja VTT:n tutkimusryhmä teki säteilyilmaisimen ensin kullasta, mutta se meni rikki muutamassa viikossa. Siksi tutkijat päätyivät käyttämään kultapalladiumseosta, joka on todella kestävä mutta bolometreissa harvinainen materiaali.
”Uuden säteilyilmaisimen salaisuus on materiaalin lisäksi sen todella pieni koko. Säteilyilmaisimen keskellä kulkeva nanolanka on vain noin mikrometrin pituinen, parisataa nanometriä leveä ja muutama kymmenen nanometriä paksu”, sanoo bolometria tutkinut Roope Kokkoniemi Aalto-yliopistosta.
Säteilyilmaisimia käytetään tällä hetkellä laajasti muun muassa rakennusalalla lämpökameroissa ja satelliiteissa kosmisen säteilyn mittaamisessa.
Uusien kehitysaskelien myötä ne voivat löytää tiensä myös kvanttitietokoneisiin. Sitä voitaisiin hyödyntää myös kvanttitietokoneen bittien eli kubittien tilan mittaamisessa. Sitä varten bolometrin tulisi olla vielä nopeampi.
”Jotta kvantti-informaatiota voidaan lukea useita kertoja peräkkäin ilman, että informaatio ehtii mittausten välissä kadota, täytyy bolometrin nopeutta lisätä vielä noin satakertaiseksi”, Mikko Möttönen kertoo.
Jos uusi säteilyilmaisin saadaan toimimaan avaruudessa yhtä hyvin kuin laboratoriossa, sillä voidaan myös mitata kosmista taustasäteilyä nykyistä tarkemmin.
Myös mikroaaltovahvistimia
Tutkimuksessa kehitettiin myös mikroaaltovahvistimia. Niiden tehtävä on vahvistaa signaalia, mutta ne voivat samalla lisätä kohinaa.
VTT:n tutkijat kehittivät suprajohtavan mikroaaltovahvistimen, joka toimii alhaisessa lämpötilassa. Se onnistui puolittamaan bolometrin kohinan siitä, mihin parhaalla kaupallisella vahvistimella päästään.
LISÄÄ: Nanobolometer with Ultralow Noise Equivalent Power -artikkeli on julkaistu Communications Physics -lehdessä (LINKKI).
Aloituskuva: Taiteilijan kuva bolometrista täydessä koossa (LINKKI). Kuva: Ella Maru Studio.
