I ricercatori dell'Università di Aalto e del Centro di ricerca tecnica finlandese VTT hanno costruito un bolometro supersensibile, un tipo di rivelatore di radiazioni termiche. Il nuovo rilevatore di radiazioni, realizzato con una miscela oro-palladio rende più facile misurare la forza della radiazione elettromagnetica in tempo reale. I bolometri sono ampiamente utilizzati nelle termocamere nel settore edile e nei satelliti per misurare la radiazione cosmica.

I nuovi sviluppi potrebbero aiutare i bolometri a trovare la strada per i computer quantistici. Se il nuovo rivelatore di radiazioni riesce a funzionare bene nello spazio come in laboratorio, può anche essere usato per misurare in modo più accurato la radiazione cosmica di fondo a microonde nello spazio.

"Il nuovo rilevatore è estremamente sensibile, e il suo livello di rumore:quanto rimbalza il segnale attorno al valore corretto, è solo un decimo del rumore di qualsiasi altro bolometro. È anche cento volte più veloce dei precedenti rilevatori di radiazioni a basso rumore, " dice Mikko Möttönen, che lavora come professore congiunto di tecnologia quantistica presso l'Università di Aalto e VTT.

All'inizio, il gruppo di ricerca ha costruito un rilevatore di radiazioni in oro, ma si è rotto in poche settimane, perché l'oro non è compatibile con l'alluminio che viene utilizzato come superconduttore nel rivelatore. Per superare questo, il gruppo iniziò a utilizzare una miscela di oro e palladio, che è molto resistente ma un materiale raro nei bolometri.

"Oltre al materiale, il segreto del nuovo rivelatore di radiazioni sta nella sua scala davvero ridotta. Il nanofilo che attraversa il centro del rivelatore di radiazioni è lungo solo circa un micrometro, duecento nanometri di larghezza e poche decine di nanometri di spessore, "dice Roope Kokkoniemi, che ha studiato il bolometro all'Università di Aalto.

Un bolometro funziona misurando l'effetto di riscaldamento della radiazione. Quando un bolometro si riscalda, le sue caratteristiche elettriche cambiano, e questo può essere misurato con alta precisione. Più piccolo è il bolometro, minore è la radiazione necessaria per riscaldarlo.

"Un piccolo rivelatore di radiazioni ha una bassa capacità termica, una radiazione così debole fornisce un segnale più forte, " spiega Kokkoniemi.

Migliore protezione

"I computer quantistici operano in criostati, supercongelatori estremamente freddi, in cui anche la più piccola quantità di radiazione in eccesso provoca molto disturbo. Poiché i nanobolometri sono molto sensibili, potrebbero comodamente misurare il livello di radiazione in eccesso nel criostato al fine di ridurre la radiazione attraverso una migliore protezione, " dice Möttönen.

Il bolometro potrebbe essere utilizzato anche per leggere il valore dei bit quantistici, o qubit. Però, per questo scopo, il bolometro dovrebbe essere ancora più veloce.

"Per leggere le informazioni quantistiche nei computer quantistici superconduttori più volte di seguito senza che si degradino nel mezzo, il bolometro dovrebbe essere circa cento volte più veloce, " dice Möttönen.

Nella ricerca sono stati sviluppati anche amplificatori a microonde. Il loro compito è rafforzare il segnale, ma aggiungono anche rumore. L'amplificatore a microonde superconduttore sviluppato da VTT è riuscito a dimezzare il rumore del bolometro rispetto al miglior amplificatore commerciale utilizzato.

Il bolometro è stato sviluppato nel gruppo di ricerca Quantum Computing and Devices guidato da Mikko Möttönen. L'articolo è stato pubblicato su Fisica delle comunicazioni Giornale dell'11 ottobre.