Нов квантов сензор може да регистрира отделни фотони и да търси тъмна материя

Изследователи от Финландия постигнаха значителен пробив в областта на свръхчувствителните измервания, като регистрираха количество енергия, по-малко от един зептоджоул (zJ) – това е по-малко от една трилионна част от един милиарден джоул. Това постижение може да подобри технологията на квантовите изчисления, да помогне в търсенето на тъмна материя и в крайна сметка да позволи отчитането на отделни фотони.

Зептоджоулът е невъобразимо малка единица енергия. За сравнение, това е приблизително равно на работата, необходима за преместване на еритроцит нагоре с един нанометър в гравитационното поле на Земята.
Екипът бе ръководен от професор Мико Меттонен от Академията на Университета Аалто в сътрудничество с компанията за квантови изчисления IQM и Техническия изследователски център на Финландия (VTT). Резултатите от тяхната работа бяха публикувани в списанието Nature Electronics.

За да постигнат такава чувствителност, учените са използвали калориметър – устройство, предназначено за измерване на изключително малки промени в топлинната енергия. Изследователите насочиха микровълнов импулс към сензор, състоящ се от два вида метали: свръхпроводници, позволяващи на електричеството да се движи без съпротивление и обикновени проводници, които му оказват съпротивление.

„Тази комбинация от метали прави свръхпроводимостта толкова нестабилно явление, че тя изчезва мигновено, ако температурата в свръхстудения проводник се повиши дори само с една десета от градуса. Това прави устройството много чувствително.“

обяснява Меттонен, който е и основател на „еднорог“ компанията в областта на квантовите компютри IQM

След като внимателно филтрираха сигнала, изследователите потвърдиха, че са открили електромагнитен импулс с мощност от едва 0,83 зептоджоула. Според екипа това е първият случай, в който калориметрично измервателно устройство достига такава чувствителност. Този пробив може в бъдеще да позволи на учените да броят отделни фотони – дългогодишна цел в квантовата технология и астрофизиката.

„Искаме да направим тази система способна да измерва входящи данни с произволно време на пристигане, което е важно за неща като откриването на аксиони от тъмна материя в космоса, когато нямате представа кога те могат да достигнат вашата система.“

споделят учените

Изследователите също така смятат, че технологията може да бъде полезна в квантовите компютри, тъй като калориметърът работи при същите екстремно ниски температури от няколко миликелвина, които са необходими на кубитите – основните единици на квантовата информация.

Пробивът беше извършен с използването на мощностите на OtaNano – националната изследователска инфраструктура на Финландия за нано, микро и квантови технологии.