Des chercheurs de l'Université d'Aalto et du Centre de recherche technique VTT de Finlande ont construit un bolomètre super sensible, un type de détecteur de rayonnement thermique. Le nouveau détecteur de rayonnement, composé d'un mélange d'or et de palladium permet de mesurer plus facilement l'intensité du rayonnement électromagnétique en temps réel. Les bolomètres sont largement utilisés dans les caméras thermiques de l'industrie de la construction et dans les satellites pour mesurer le rayonnement cosmique.

Les nouveaux développements pourraient aider les bolomètres à trouver leur chemin vers les ordinateurs quantiques. Si le nouveau détecteur de rayonnement parvient à fonctionner aussi bien dans l'espace qu'en laboratoire, il peut également être utilisé pour mesurer plus précisément le rayonnement de fond cosmique micro-ondes dans l'espace.

"Le nouveau détecteur est extrêmement sensible, et son niveau de bruit—combien le signal rebondit autour de la valeur correcte, n'est qu'un dixième du bruit de n'importe quel autre bolomètre. Il est également cent fois plus rapide que les précédents détecteurs de rayonnement à faible bruit, " dit Mikko Möttönen, qui travaille comme professeur conjoint de technologie quantique à l'Université Aalto et au VTT.

En premier, le groupe de recherche a construit un détecteur de rayonnement en or, mais il s'est cassé en quelques semaines, car l'or n'est pas compatible avec l'aluminium qui sert de supraconducteur dans le détecteur. Pour surmonter cela, le groupe a commencé à utiliser un mélange d'or et de palladium, qui est très résistant mais un matériau rare dans les bolomètres.

« En plus du matériel, le secret du nouveau détecteur de rayonnement réside dans sa très petite échelle. Le nanofil qui traverse le milieu du détecteur de rayonnement n'a qu'un micromètre de long environ, de deux cents nanomètres de large et quelques dizaines de nanomètres d'épaisseur, " dit Roope Kokkoniemi, qui a étudié le bolomètre à l'université d'Aalto.

Un bolomètre fonctionne en mesurant l'effet de chauffage du rayonnement. Lorsqu'un bolomètre chauffe, ses caractéristiques électriques changent, et cela peut être mesuré avec une grande précision. Plus le bolomètre est petit, moins il faut de rayonnement pour le chauffer.

"Un petit détecteur de rayonnement a une faible capacité calorifique, un rayonnement si faible fournit un signal plus fort, ", explique Kokkoniemi.

Meilleure protection

"Les ordinateurs quantiques fonctionnent dans des cryostats, super-congélateurs extrêmement froids, dans lequel même la plus petite quantité de rayonnement en excès provoque beaucoup de perturbations. Les nanobolomètres étant très sensibles, ils pourraient mesurer commodément le niveau de rayonnement excédentaire dans le cryostat afin de réduire le rayonnement grâce à une meilleure protection, " dit Möttönen.

Le bolomètre pourrait également être utilisé pour lire la valeur des bits quantiques, ou qubits. Cependant, dans ce but, le bolomètre devrait être encore plus rapide.

"Afin de lire l'information quantique dans les ordinateurs quantiques supraconducteurs plusieurs fois de suite sans qu'elle se dégrade entre les deux, le bolomètre devrait être environ cent fois plus rapide, " dit Möttönen.

Des amplificateurs à micro-ondes ont également été développés dans le cadre de la recherche. Leur tâche est de renforcer le signal, mais ils ajoutent aussi du bruit. L'amplificateur micro-onde supraconducteur développé par VTT a réussi à diviser par deux le bruit du bolomètre par rapport au meilleur amplificateur commercial utilisé.

Le bolomètre a été développé dans le groupe de recherche Quantum Computing and Devices dirigé par Mikko Möttönen. L'article a été publié dans le Physique des communications journal du 11 octobre.