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NIST的兩個(gè)用于測(cè)量低溫溫度的超導(dǎo)溫度計(jì)分別粘貼在該放大器的左下方和右上方。微型溫度計(jì)由一層二氧化硅上的鈮制成，可根據(jù)頻率信號(hào)測(cè)量放大器或其他設(shè)備的溫度。圖片來(lái)源：Wheeler / NIST

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）的研究人員已經(jīng)發(fā)明了一種微型溫度計(jì)，具有很大的潛在用途，例如監(jiān)視基于超導(dǎo)體的量子計(jì)算機(jī)中處理器芯片的溫度，必須保持低溫才能正常工作。

NIST的超導(dǎo)溫度計(jì)測(cè)量的溫度低于1開氏度（負(fù)272.15°C或負(fù)457.87°F），低至50毫開氏（mK），甚至可能為5 mK。與用于芯片級(jí)設(shè)備的常規(guī)低溫溫度計(jì)相比，它更小，更快，更方便，并且可以批量生產(chǎn)。NIST的研究人員在一份新的期刊論文中描述了設(shè)計(jì)和操作。

新型溫度計(jì)的尺寸僅為2.5 x 1.15毫米，可以安裝在另一個(gè)低溫微波設(shè)備中或固定在另一個(gè)低溫微波設(shè)備上，以測(cè)量安裝在芯片上的溫度。研究人員使用溫度計(jì)演示了超導(dǎo)微波放大器發(fā)熱的快速，準(zhǔn)確測(cè)量。

該技術(shù)是NIST用于望遠(yuǎn)鏡相機(jī)的定制超導(dǎo)傳感器的衍生產(chǎn)品，特別是為BLAST氣球提供的微波探測(cè)器。

小組負(fù)責(zé)人喬爾·烏爾洛姆（Joel Ullom）說(shuō)：“這是一個(gè)有趣的想法，很快就變得很有幫助�！� “溫度計(jì)使研究人員能夠以極低的成本測(cè)量測(cè)試包中各種組件的溫度，而無(wú)需引入大量的額外電連接。這有可能使從事量子計(jì)算或低溫研究的研究人員受益?zhèn)鞲衅黝I(lǐng)域廣泛。”

溫度計(jì)由涂有二氧化硅的超導(dǎo)鈮諧振器組成。涂層與諧振器相互作用，以改變其自然振動(dòng)的頻率。科學(xué)家懷疑這是由于原子在兩個(gè)位點(diǎn)之間“隧穿”，這是量子力學(xué)效應(yīng)。

NIST溫度計(jì)基于諧振器的固有頻率取決于溫度的原理的新應(yīng)用。溫度計(jì)將電子設(shè)備測(cè)得的頻率變化映射到溫度。相反，用于低于開爾文溫度的常規(guī)溫度計(jì)是基于電阻的。它們需要將布線布線到室溫電子設(shè)備，從而增加了復(fù)雜性并可能導(dǎo)致發(fā)熱和干擾。

NIST溫度計(jì)在大約5毫秒（千分之一秒）內(nèi)測(cè)量溫度，比大多數(shù)常規(guī)電阻溫度計(jì)在十分之一秒的時(shí)間內(nèi)快得多。NIST溫度計(jì)也僅需一個(gè)簡(jiǎn)單的步驟即可輕松制造。它們可以批量生產(chǎn)，可以在3英寸（約75毫米）的硅晶片上安裝1,200多個(gè)。