Физики из Финляндии создали квантовый калориметр — устройство для измерения энергии частиц, способное фиксировать рекордно малые порции энергии менее одного зептоджоуля, то есть меньше триллионных долей наноджоуля. Разработка ускорит создание квантовых компьютеров и поможет учёным построить детекторы для поиска аксионов — частиц сверхлёгких форм тёмной материи.
«Данная разработка открывает дорогу для подсчёта индивидуальных фотонов в пучках микроволнового излучения. Это не только очень важно для прогресса в области квантовых технологий, но и для астрофизических наблюдений. Для нас крайне важным было создать устройство, способное замерять энергию в произвольный момент времени, что важно для обнаружения аксионов в окружающем нас пространстве», — заявил профессор Университета Аалто Микко Меттенен.
По словам учёных, за последние 20 лет физики создали несколько детекторов фотонов и калориметров для улавливания одиночных частиц света в микроволновом диапазоне. Однако все они работали в очень узкой части спектра и не могли точно измерять энергетические характеристики частиц, что существенно ограничивало их практическое применение.
Финские исследователи решили эту проблему с помощью нового квантового калориметра, который состоит из двух ключевых частей: миниатюрного стержня из золота и платины и множества встроенных в него алюминиевых дисков и нанопроводов. При охлаждении до температуры, близкой к абсолютному нулю, алюминий становится сверхпроводником, тогда как сплав золота и платины остаётся обычным проводником. «Данная комбинация металлов приводит к тому, что сверхпроводящие свойства алюминиевой части детектора начинают очень сильно зависеть от температуры обычного проводника», — пояснил профессор Меттенен.
Измерения показали, что устройство способно фиксировать импульсы микроволнового излучения с энергией около 0,83 зептоджоуля, что соответствует энергии всего 170 частиц света и является абсолютным мировым рекордом по чувствительности. В перспективе это позволит создавать не только сверхчувствительные детекторы для квантовых компьютеров, но и сенсоры для поиска аксионов и других форм «лёгкой» тёмной материи.
