Signali senzora blizu kvantne granice
Razumevanje kako se energija kreće u materijalima je fundamentalno za proučavanje kvantnih fenomena, katalitičkih reakcija i složenih proteina. Merenje kako se energija kreće uključuje sijanje specijalnog rendgenskog svetla na uzorak da bi se pokrenula reakcija. Detektori zatim prikupljaju zračenje koje emituje reakcija. Međutim, konvencionalnim senzorima obično nedostaje osetljivost potrebna za ove studije.
Jedno rešenje je korišćenje superprovodnih senzora. Ali pojačavanje signala sa ovih senzora je veliki izazov. Nadovezujući se na napredak kvantnog računarstva, istraživači sa Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju (NIST) dodali su poseban tip pojačala — superprovodno parametarsko pojačalo putujućih talasa. Dok većina pojačala dodaje buku merenju, ova su skoro bešumna. Kao veliki napredak, istraživači su nedavno pokazali da pojačala mogu da rade na 4 Kelvina, što se smatra relativno visokom radnom temperaturom.
Smanjenje buke koja se dodaje tokom obrade signala može poboljšati performanse senzora. Pojačavanje omogućava svakom senzoru da radi brže i da bude osetljiviji. Nedavni eksperimenti su pokazali da parametarska pojačala mogu potencijalno analizirati signale sa mnogih superprovodnih senzora u isto vreme. Supeprovodni senzori rade na veoma niskim temperaturama i na ovim temperaturama parametarski pojačavači imaju veoma dobre performanse buke, blizu granice kvantne mehanike. Napredak otvara put za integraciju takvih pojačala sa raznim senzorskim tehnologijama.
Superprovodni senzor se sastoji od superprovodnog termometra i apsorbera. Kada se rendgenski zraci zaustave u apsorberu, oni menjaju superprovodno stanje senzora. Ovo generiše malu struju u električnom kolu. Da bi detektor bio osetljiviji, mnogi senzori su raspoređeni u niz, kao u digitalnoj kameri. Pošto superprovodni senzori rade na veoma niskim temperaturama (približno 0,09 Kelvina), zahtevaju specijalizovanu elektroniku za očitavanje i pojačala. Ovi pojačivači treba da kombinuju signale sa više senzora na jednoj liniji za očitavanje. Jedan efikasan način da se to uradi je da se svaki senzor u nizu poveže sa rezonatorom. Rezonatori se zatim spajaju na jednu izlaznu liniju (kombinovanje signala je poznato kao multipleksiranje). Struja koju proizvodi apsorbovani foton pomera rezonantnu frekvenciju na jedinstven način za svaki senzor.
Pošto ovi rezonatori rade na mikrotalasnim frekvencijama, elektronski čip koji sadrži sve rezonatore kao i izlazni vod naziva se mikrotalasni multiplekser. Istraživači se pripremaju da izmere signale iz niza senzora i mikrotalasnog multipleksora sa lancem za očitavanje čiji je prvi pojačavač parametarski pojačavač putujućih talasa kinetičke induktivnosti umesto konvencionalnog poluprovodničkog pojačala. Korišćenje parametarskog pojačala će smanjiti šum očitavanja i omogućiti veće nizove bržih senzora.
Izvor: techbriefs.com
