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(noticias nanowerk) Comprender cómo se mueve la energía en los materiales es fundamental para el estudio de fenómenos cuánticos, reacciones catalíticas y proteínas complejas. Para medir cómo se mueve la energía, se irradia una muestra con rayos X especiales para desencadenar una reacción. Luego, los detectores recogen la radiación que emite la reacción. Los sensores convencionales generalmente carecen de la sensibilidad necesaria para estos exámenes. Una solución es el uso de sensores superconductores. Pero amplificar las señales de estos sensores es un gran desafío.
Las tesis centrales
![Los sensores superconductores recogen fotones de rayos X o rayos gamma que se producen para caracterizar materiales.](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id63900_1.jpg)
Investigación
Aprovechando los avances en la computación cuántica, los investigadores añadieron un tipo especial de amplificador: amplificadores paramétricos superconductores de ondas viajeras. Si bien la mayoría de los amplificadores añaden ruido a la medición, estos amplificadores son prácticamente silenciosos. En un avance importante, los investigadores demostraron recientemente que los amplificadores pueden funcionar a 4 Kelvin, que se considera una temperatura de funcionamiento relativamente alta.
Reducir el ruido agregado durante el procesamiento de la señal puede mejorar el rendimiento de un sensor. La amplificación hace que cada sensor funcione más rápido y sea más sensible. Experimentos recientes han demostrado que los amplificadores paramétricos pueden analizar señales de muchos sensores superconductores simultáneamente. Los sensores superconductores funcionan a temperaturas muy bajas. A estas temperaturas, los amplificadores paramétricos presentan un comportamiento de ruido muy bueno, cercano al límite de la mecánica cuántica. Los avances están allanando el camino para integrar dichos amplificadores con una variedad de tecnologías de sensores.
Un sensor superconductor consta de un termómetro superconductor y un absorbente. Cuando los rayos X se detienen en el absorbente, cambian el estado superconductor del sensor. Esto crea una pequeña corriente en un circuito. Para hacer que el detector sea más sensible, muchos sensores están dispuestos en una matriz como una cámara digital. Los sensores superconductores funcionan a temperaturas muy bajas (aprox. 0,09 Kelvin) y, por lo tanto, requieren amplificadores y electrónica de lectura especiales. Estos amplificadores deben combinar las señales de múltiples sensores en una sola línea de lectura. La combinación de señales se llama multiplexación. Una forma eficaz de hacer esto es acoplar cada sensor de una matriz a un resonador. Todos los resonadores están acoplados a una única línea de salida. La corriente generada por un fotón absorbido cambia la frecuencia de resonancia de una manera única para cada sensor.
Debido a que estos resonadores operan a frecuencias de microondas, el chip electrónico que contiene todos los resonadores y el cable de salida se llama multiplexor de microondas. Los investigadores se están preparando para medir las señales de una serie de sensores y un multiplexor de microondas con una cadena de lectura, cuyo primer amplificador es un amplificador paramétrico de ondas viajeras con inductancia cinética en lugar de un amplificador semiconductor tradicional. El uso del amplificador paramétrico reduce el ruido de lectura y permite conjuntos más grandes de sensores más rápidos.
Publicaciones relevantes
Malnou, M., et al., Amplificador de onda viajera de inductancia cinética mixta de tres ondas con potencia de ruido casi cuántica limitada. PRX cuántico
Malnou, M., et al., Rendimiento de un amplificador de ondas viajeras paramétrico con inductancia cinética a 4 Kelvin: hacia una alternativa a los amplificadores semiconductores. Examen físico aplicado
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