NIST、量子コンピューティング向け超小型超低温温度計を開発

米国立標準技術研究所（NIST）の研究者たちが、超伝導ベースの量子コンピューターのプロセッサーチップ温度監視など、大きな応用可能性を持つ微小超伝導温度計を発明しました。量子コンピューターは極低温環境でのみ正常に動作するため、この温度管理は極めて重要です。

従来比で小型・高速・量産可能

この温度計は1ケルビン（-272.15℃）以下、50ミリケルビン（mK）まで、さらに潜在的には5mKまで測定可能です。サイズはわずか2.5×1.15mmで、従来の極低温温度計より小型・高速・使いやすく、チップスケールデバイスへの組み込みに適しています。また、単一工程で製造可能で、3インチ（約75mm）シリコンウェハー上に1,200個以上を量産できます。

望遠鏡用センサー技術のスピンオフ

この技術は、NISTが開発した望遠鏡カメラ用カスタム超伝導センサーの派生技術です。シリコン酸化物でコーティングされた超伝導ニオブ共振器で構成され、コーティングと共振器の相互作用により、本来の振動周波数がシフトします。研究者たちはこの現象が、原子の「トンネル効果」による量子力学的効果だと推測しています。

抵抗測定不要の新原理

従来のサブケルビン温度計は電気抵抗に基づき、常温側の電子機器への配線が必要でしたが、NISTの温度計は共振器の固有周波数が温度依存する原理を利用し、周波数変化を温度にマッピングします。配線が不要なため、複雑さ・発熱・干渉を大幅に削減できます。

5ミリ秒の高速測定

測定時間は約5ミリ秒で、従来の抵抗式温度計（約0.1秒）より大幅に高速です。ジョエル・ウロムグループリーダーは「非常に低コストで、追加の電気接続を大量に導入せずに、テストパッケージ内の幅広いコンポーネントの温度を測定できる」と語っており、量子コンピューティングや低温センサー分野の研究者たちに大きな恩恵をもたらすと期待されています。

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