Engenheiros do NIST Apresentam Termômetro Miniaturizado Ultra-Frio para Computação Quântica

Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) inventaram um termômetro supercondutor miniaturizado com grande potencial de aplicações, como monitorar a temperatura de chips de processador em computadores quânticos baseados em supercondutores, que precisam permanecer frios para funcionar corretamente.

Termômetro Compacto e de Alta Precisão

O termômetro mede temperaturas abaixo de 1 kelvin (menos 272,15 °C / menos 457,87 °F), chegando a 50 milikelvin (mK) e potencialmente 5 mK. Ele é menor, mais rápido e mais prático do que termômetros criogênicos convencionais para dispositivos em escala de chip e pode ser produzido em massa.

Tecnologia Derivada de Sensores para Telescópios

A tecnologia é um desdobramento dos sensores supercondutores personalizados do NIST para câmeras de telescópios. Com apenas 2,5 por 1,15 milímetros, o novo termômetro pode ser embutido ou fixado a outro dispositivo criogênico de micro-ondas para medir sua temperatura quando montado em um chip. Os pesquisadores usaram o termômetro para demonstrar medições rápidas e precisas do aquecimento de um amplificador de micro-ondas supercondutor.

“Foi uma ideia divertida que rapidamente se transformou em algo muito útil”, disse o líder do grupo Joel Ullom. “O termômetro permite que pesquisadores meçam a temperatura de uma ampla gama de componentes em seus pacotes de teste a custo muito baixo e sem introduzir um grande número de conexões elétricas adicionais. Isso tem potencial para beneficiar pesquisadores trabalhando em computação quântica ou usando sensores de baixa temperatura em uma ampla gama de áreas.”

Princípio de Funcionamento Inovador

O termômetro consiste em um ressonador supercondutor de nióbio revestido com dióxido de silício. O revestimento interage com o ressonador para deslocar a frequência na qual ele vibra naturalmente. Os cientistas suspeitam que isso se deve a átomos “tunelando” entre dois sítios, um efeito quântico-mecânico.

O termômetro do NIST baseia-se em uma nova aplicação do princípio de que a frequência natural do ressonador depende da temperatura. O dispositivo mapeia mudanças de frequência para uma temperatura. Em contraste, termômetros convencionais para temperaturas sub-Kelvin baseiam-se na resistência elétrica. Eles exigem fiação roteada para eletrônica em temperatura ambiente, adicionando complexidade e potencialmente causando aquecimento e interferência.

Vantagens: Velocidade, Facilidade de Fabricação e Escalabilidade

O termômetro do NIST mede a temperatura em cerca de 5 milissegundos, muito mais rápido que a maioria dos termômetros resistivos convencionais (cerca de um décimo de segundo). Os termômetros do NIST também são fáceis de fabricar em apenas uma etapa de processo. Podem ser produzidos em massa, com mais de 1200 unidades cabendo em um wafer de silício de 3 polegadas (aproximadamente 75 milímetros).