NIST工程师推出用于量子计算的超低温微型温度计

美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员发明了一种微型超导温度计，具有广阔的应用前景，例如监测基于超导体的量子计算机中处理器芯片的温度，这类芯片必须保持极低温度才能正常工作。

该温度计可测量1开尔文以下（零下272.15°C/零下457.87°F）的温度，低至50毫开尔文（mK），甚至可能达到5 mK。与传统低温温度计相比，它体积更小、响应更快、使用更便捷，适用于芯片级设备，且可大规模生产。

这项技术源自NIST为望远镜相机定制的超导传感器。新温度计尺寸仅为2.5×1.15毫米，可嵌入或粘贴在另一个低温微波器件上，安装在芯片上即可测量其温度。研究人员利用该温度计演示了对超导微波放大器加热过程的快速、精确测量。

“这最初只是一个有趣的想法，很快就发展成了非常实用的工具，”项目负责人Joel Ullom表示。“该温度计让研究人员能以极低成本、且无需引入大量额外电气连接，测量其测试封装中各类组件的温度。这有望造福量子计算研究人员，以及在广泛领域使用低温传感器的科研人员。”

该温度计由涂有二氧化硅的超导铌谐振器组成。涂层与谐振器相互作用，改变其固有振动频率。科学家推测这源于原子在两个位置间的“隧穿”效应，这是一种量子力学现象。

NIST温度计基于谐振器固有频率随温度变化的原理，将频率变化映射为温度。相比之下，传统亚开尔文温度计基于电阻原理，需要布线至室温电子设备，增加复杂性，并可能引发加热和干扰。

NIST温度计测温仅需约5毫秒，远快于大多数传统电阻温度计（约0.1秒）。此外，NIST温度计仅需单一工艺步骤即可制造，易于大规模生产，一片3英寸（约75毫米）硅晶圆上可容纳1200多个器件。

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