Insinyur NIST Ungkap Termometer Miniatur Ultra-Dingin untuk Komputasi Kuantum
Peneliti di National Institute of Standards and Technology (NIST) telah menciptakan termometer superkonduktor miniatur dengan potensi aplikasi besar, seperti memantau suhu chip prosesor dalam komputer kuantum berbasis superkonduktor, yang harus tetap dingin untuk bekerja dengan benar.
Termometer mengukur suhu di bawah 1 kelvin (minus 272,15°C/minus 457,87°F), hingga 50 milikelvin (mK) dan potensial 5 mK. Ia lebih kecil, lebih cepat, dan lebih nyaman daripada termometer kriogenik konvensional untuk perangkat skala chip dan dapat diproduksi massal.
Teknologi ini adalah spin-off dari sensor superkonduktor kustom NIST untuk kamera teleskop. Berukuran 2,5 by 1,15 milimeter, termometer baru dapat ditanamkan pada, atau ditempelkan pada, perangkat microwave kriogenik lain untuk mengukur suhunya saat dipasang pada chip. Para peneliti menggunakan termometer untuk mendemonstrasikan pengukuran yang cepat dan akurat dari pemanasan penguat microwave superkonduktor.
“Ini adalah ide menyenangkan yang dengan cepat tumbuh menjadi sesuatu yang sangat membantu,” ujar pemimpin kelompok Joel Ullom. “Termometer memungkinkan peneliti untuk mengukur suhu berbagai komponen dalam paket uji mereka dengan biaya sangat rendah dan tanpa memperkenalkan sejumlah besar sambungan listrik tambahan. Ini memiliki potensi untuk memberikan manfaat kepada peneliti yang bekerja dalam komputasi kuantum atau menggunakan sensor suhu rendah dalam berbagai bidang.”
Termometer terdiri dari resonator niobium superkonduktor yang dilapisi silikon dioksida. Lapisan berinteraksi dengan resonator untuk mengubah frekuensi di mana ia secara alami bergetar. Ilmuwan curiga ini disebabkan oleh atom yang “menyalip” antara dua situs, efek mekanika kuantum.
Termometer NIST berdasarkan aplikasi baru dari prinsip bahwa frekuensi alami resonator bergantung pada suhu. Termometer memetakan perubahan frekuensi ke suhu. Sebaliknya, termometer konvensional untuk suhu sub-Kelvin berdasarkan resistansi listrik. Mereka membutuhkan kabel yang dijalankan ke elektronik suhu ruangan, menambahkan kompleksitas dan potensial menyebabkan pemanasan dan gangguan.
Termometer NIST mengukur suhu dalam sekitar 5 milidetik, jauh lebih cepat daripada sebagian besar termometer resistensi konvensional pada sekitar sepuluh detik. Termometer NIST juga mudah diproduksi dalam hanya satu proses langkah. Mereka dapat diproduksi massal, dengan lebih dari 1200 muatan pada wafel silikon 3 inci (sekitar 75 milimeter).
