
a, A frequência de ressonância e a correspondência de impedância podem ser ajustadas independentemente usando combinações apropriadas de Ve e Veu conforme indicado. b, Resposta de fase como uma função do campo magnético com os varactores ajustados para casamento de impedância. Nenhuma mudança é observada na frequência de ressonância ou casamento em uma faixa de 9 T. Crédito: Eletrônica da Natureza (2024). DOI: 10.1038/s41928-024-01214-z
O desenvolvimento de sistemas de computação quântica depende da capacidade de medir rápida e precisamente as propriedades elétricas desses sistemas, como seus estados de carga e spin subjacentes. Essas medições são tipicamente coletadas usando ressonadores de radiofrequência, que são ajustados usando capacitores controlados por voltagem conhecidos como varactores.
Pesquisadores da College Faculty London (UCL) desenvolveram recentemente um novo varactor baseado em materiais que exibem comportamento paraelétrico quântico. Seu dispositivo proposto, introduzido em um papel publicado em Eletrônica da Naturezapode otimizar as leituras de radiofrequência de dispositivos de pontos quânticos em baixas temperaturas até alguns milikelvin (mK).
“Para conduzir nossa pesquisa sobre dispositivos quânticosusamos ressonadores de radiofrequência para leitura”, disse Mark Buitelaar, coautor do artigo, ao Phys.org. “Para otimizar essa leitura — como ajustar as frequências do ressonador ou seu acoplamento a linhas de transmissão—precisávamos de capacitores ajustáveis — também conhecidos como varactores — que fossem robustos, insensíveis a campos magnéticos e, mais importante, funcionassem em temperaturas apenas alguns mK acima do zero absoluto.”
Varactors são amplamente utilizados dentro do indústria de semicondutoresmas até agora não foram aplicadas a tecnologias quânticas. Isso ocorre porque elas operam mal ou não funcionam de forma alguma nas temperaturas muito baixas em que as tecnologias quânticas operam.
Como parte de seu estudo recente, Buitelaar e seus colegas se propuseram a desenvolver um novo varactor que operaria bem nessas baixas temperaturas. O dispositivo que eles criaram é baseado em titanato de estrôncio e tantalato de potássio, dois materiais que exibem propriedades paraelétricas quânticas e uma grande permissividade ajustável em campo em baixas temperaturas.
“Qualquer materials paraelétrico pode ser usado como componente básico de um varactor, pois sua permissividade é ajustável usando campos elétricos — isto é, simplesmente aplicando uma voltagem”, explicou Buitelaar. “O que torna materiais paraelétricos quânticos como titanato de estrôncio O especial é que essas propriedades paraelétricas são preservadas até o zero absoluto.”
Buitelaar e seus colegas avaliaram o desempenho de seus varactores em uma série de testes e descobriram que eles funcionam extremamente bem em baixas temperaturas de até 6 mK. Essas são as temperaturas nas quais eles operam seus dispositivos de ponto quântico.
“Os varactores nos permitiram aumentar significativamente nossas relações sinal-ruído e, portanto, a precisão e a velocidade de nossas medições”, disse Buitelaar. “Esperamos que nossos varactores sejam de interesse para muitos outros pesquisadores que usam dispositivos que operam somente em temperaturas extremamente baixas, como qubits em semicondutores ou materiais supercondutores.”
Como parte de seu estudo recente, os pesquisadores usaram seu varactor para otimizar a leitura de radiofrequência de dispositivos de ponto quântico baseados em nanotubos de carbono que eles desenvolveram. Quando aplicado a esses dispositivos, o varactor atingiu uma sensibilidade de carga de 4,8 μe Hz-1/2 e uma notável sensibilidade de capacitância de 0,04 aF Hz-1/2.
“Juntamente com colegas do London Middle for Nanotechnology na UCL, estamos atualmente trabalhando em dopantes em silício como blocos de construção de um processador quântico”, acrescentou Buitelaar. “Os varactores paraelétricos quânticos certamente ajudam a otimizar a precisão da medição e a velocidade da nossa leitura de estado quântico, o que será muito importante à medida que os circuitos quânticos forem ampliados para sistemas maiores.”
Mais informações:
P. Apostolidis et al, Varactores paraelétricos quânticos para medições de radiofrequência em temperaturas de milikelvin, Eletrônica da Natureza (2024). DOI: 10.1038/s41928-024-01214-z
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Citação: Novo varactor aprimora medições de dispositivos de pontos quânticos em temperaturas de milikelvin (23 de agosto de 2024) recuperado em 26 de agosto de 2024 de https://phys.org/information/2024-08-varactor-quantum-dot-device-milikelvin.html
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