Bolómetro operando en el umbral de la electrodinámica cuántica de circuitos

Área de la Ciencia:

• Tecnología cuántica
• Desarrollo de sensores
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• Los sensores térmicos son vitales para aplicaciones como la detección de gases y la seguridad.
• Las tecnologías cuánticas emergentes, en particular la electrodinámica cuántica de circuitos, requieren detectores altamente sensibles y rápidos.
• Los sensores térmicos existentes no han cumplido con los estrictos requisitos de constante de tiempo y resolución de energía para la electrodinámica cuántica del circuito.

Objetivo del estudio:

• Para demostrar experimentalmente un bolómetro capaz de cumplir con el umbral de la electrodinámica cuántica del circuito.
• Desarrollar un sensor térmico con una constante de tiempo de unos pocos cientos de nanosegundos y una resolución energética de aproximadamente 10 constantes de Planck (h).
• Aprovechar nuevos materiales para mejorar el rendimiento del bolómetro.

Principales métodos:

• Utilizó una monocapa de grafeno con calor específico extremadamente bajo como material activo para el bolómetro.
• Se mide directamente la potencia equivalente al ruido y la constante de tiempo térmico en el mismo dispositivo.
• Caracterizó la resolución de energía calorimétrica basada en datos experimentales.

Principales resultados:

• Demostró un bolómetro operando en el umbral de la electrodinámica cuántica del circuito.
• Logró una potencia equivalente a ruido de 30 zeptovatios por raíz cuadrada de hertz.
• Se obtuvo una constante de tiempo térmico de 500 nanosegundos, dos órdenes de magnitud más cortos que las limitaciones anteriores, con una constante de tiempo mínima observada de 200 nanosegundos.
• Se ha determinado una resolución de energía calorimétrica de 30 constantes de Planck (h).

Conclusiones:

• El bolómetro de grafeno desarrollado cumple con los umbrales de rendimiento críticos para aplicaciones de electrodinámica cuántica de circuitos.
• El tiempo de respuesta rápido del sensor y la alta resolución de energía permiten la integración con qubits superconductores y esquemas de lectura.
• Este avance allana el camino para la computación y la detección cuántica mejoradas.