Финские ученые совершили прорыв в области сверхточных измерений, впервые зафиксировав энергию на уровне ниже одного зептоджоуля. Для наглядности, данная величина составляет одну триллионную от миллиардной доли джоуля — этот объем энергии сопоставим с работой, которая затрачивается на перемещение эритроцита всего на один нанометр в условиях земной гравитации.
В работе над проектом приняли участие сотрудники Университета Аалто под руководством профессора Микко Мётёнена, специалисты компании IQM и эксперты Технического исследовательского центра Финляндии VTT.
Принцип работы сверхчувствительного датчика
Основой экспериментального стенда стал уникальный калориметр. Это устройство работает как тепловой датчик, способный измерять энергию через регистрацию нагрева системы. Инженеры создали сложный гибрид, объединив сверхпроводящие элементы с обычными проводниками, что позволило добиться исключительной чувствительности к минимальным колебаниям температуры.
В процессе измерений через датчик пропускался микроволновый импульс. Сверхпроводящие компоненты системы мгновенно реагировали на мельчайшие тепловые возмущения. Даже незначительное изменение температуры в условиях сверхнизких температур приводило к четко фиксируемому отклику, что и позволило ученым «увидеть» столь слабый сигнал.
Иллюстрация: Aalto University / Ella Maru Studio
После проведения сложной фильтрации данных исследователям удалось зарегистрировать показатель на уровне 0,83 зептоджоуля. Этот результат является одним из самых впечатляющих достижений в области калориметрии, подтверждая предельные возможности современных детекторов.
Значение для квантовых вычислений и поиска темной материи
Как отметил Микко Мётёнен, главным преимуществом данного метода является возможность работы при температуре в несколько милликельвинов. Эти условия идентичны тем, что требуются для стабильного функционирования современных квантовых битов (кубитов). Подобная совместимость дает перспективы для интеграции сенсоров в архитектуры квантовых компьютеров будущего.
В долгосрочной перспективе такие разработки позволят ученым фиксировать одиночные фотоны и другие слабые сигналы, время поступления которых невозможно предугадать заранее. Это критически важно для фундаментальной физики, в частности, для поиска аксионов — гипотетических частиц, которые считаются одними из главных кандидатов на роль темной материи.
Испытания новой технологии проводились на базе национальной исследовательской инфраструктуры OtaNano.
