研究人员研制出一种超灵敏传感器，能够探测到难以想象的微小能量——低于1仄焦耳。这一突破依赖于脆弱的超导材料，这种材料甚至能对最细微的温度变化做出响应。这种精度水平有望改进量子计算机，实现光子计数，甚至帮助科学家探测来自太空的难以捉摸的暗物质粒子。
量子力学在极小的尺度上运作，科学家们正在不断开发更精确的工具来测量和控制诸如光子（携带光的粒子）等现象。更高的精度可以为更强大的量子器件和探索宇宙中一些最大谜团的新方法打开大门。
仄焦耳是一个几乎难以想象的极小能量单位。它大约相当于在地球重力作用下将一个红细胞向上移动一纳米所需的功。
该研究团队由阿尔托大学的学院教授米科·莫托宁领导，并与量子计算公司IQM及芬兰技术研究中心（VTT）合作完成。他们的研究成果发表在《自然-电子学》期刊上。
超灵敏量子能量探测器
为了达到这种灵敏度，研究人员使用了一种量热器，这是一种旨在测量极微小热能变化的装置。测量如此微小的信号远比简单地将光束发送到探测器并读取结果困难得多。
科学家将微波脉冲导向一个由两种金属构成的传感器。其中一部分由超导体组成，这类材料允许电流无阻力地自由流动。另一部分则使用了正常导体，这类材料会对电流产生阻碍。
“这种金属组合使得超导性成为一种非常脆弱的现象，如果超冷导体中的温度即使仅升高一点点，它就会立即减弱。这使得该装置具有极高的灵敏度，”莫托宁说道，他也是量子计算机独角兽企业IQM的创始人。
在仔细对信号进行滤波处理后，研究人员确认他们检测到了仅0.83仄焦耳的电磁脉冲。据该团队称，这标志着量热测量装置首次达到如此高的灵敏度。
对量子计算和暗物质研究的意义
这一进展最终可能使科学家能够对单个光子进行计数，这是量子技术和天体物理学领域的一个长期目标。
“我们希望让这套装置能够测量任意时间到达的输入信号，这对于探测太空中的暗物质轴子等事情非常重要，因为你根本不知道它们何时会到达你的系统。”
研究人员还认为，这项技术可能在未来应用于量子计算机，因为该量热器的工作温度与量子比特（量子信息的基本单位）所需的极低毫开尔文温度相同。
“量热器在量子比特所需的相同毫开尔文温度下运行。这给系统引入的干扰更少，因为我们不必将设备加热到高温，也不必放大量子比特测量信号来获得结果。例如，未来我们的设备可能会成为量子计算机中读取量子比特的组件。”
研究设施与资金支持
这项工作是利用OtaNano的设施完成的，该设施是芬兰国家纳米、微米和量子技术研究基础设施。
该项目的资金主要来自“未来创造者”倡议，该倡议由简·奥托·埃尔科基金会和芬兰技术工业百年基金会支持。