Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) изобрели миниатюрный термометр с большим потенциалом применения. Например, он пригодится для мониторинга температуры процессорных микросхем в квантовых компьютерах на основе сверхпроводников, которые для правильной работы должны оставаться холодными.

Сверхпроводящий термометр NIST измеряет температуру ниже 1 Кельвина (—272,15°C). Он меньше, быстрее и удобнее, чем обычные криогенные термометры для чипов, и может производиться серийно. Исследователи NIST описывают конструкцию и работу прибора в статье для журнала Applied Physics Letters.

Новый термометр размером всего 2,5 на 1,15 мм легко встраивается или прикрепляется к другому криогенному микроволновому устройству для измерения его температуры при установке на микросхеме. Ученые использовали термометр, чтобы продемонстрировать быстрые и точные измерения нагрева сверхпроводящего микроволнового усилителя.

«Термометр позволяет исследователям измерять температуру широкого диапазона компонентов с очень небольшими затратами и без введения дополнительных электрических соединений. Это может принести пользу исследователям, работающим с квантовыми вычислениями», — заявил один из авторов исследования Джоэль Уллом.

Термометр состоит из сверхпроводящего ниобиевого (Nb) резонатора, покрытого диоксидом кремния (SiO₂). Покрытие взаимодействует с резонатором, изменяя частоту его естественной вибрации. Ученые подозревают, что это происходит из-за «туннелирования» атомов между двумя узлами — квантово-механического эффекта. Термометр NIST основан на новом применении принципа, согласно которому собственная частота резонатора зависит от температуры. Он отображает изменения частоты, измеренные электроникой, с температурой.

Напротив, обычные термометры для измерения температур ниже Кельвина основаны на электрическом сопротивлении. Они требуют подключения проводов к электронике, работающей при комнатной температуре, что усложняет работу и вызывает нагревание и помехи.

Термометр NIST измеряет температуру примерно за 5 миллисекунд. Это намного быстрее, чем у большинства обычных резистивных термометров, которым требуется одна десятая доля секунды. Термометры NIST также легко изготавливать. Их можно производить массово, и более 1 200 штук могут быть установлены на примерно 75-миллиметровой кремниевой пластине.