《英国国家物理研究院(NPL)在太平洋试验海底电缆地震探测技术》

  • 编译者: 李晓萌
  • 发布时间:2024-06-12
  • 近日,来自英国国家物理研究院(NPL)和新西兰测量标准实验室(MSL)的科学家们将在太平洋进行有史以来第一次基于光学干涉测量的地震传感测试。通过进行超灵敏的光学测量,这两个实验室的科学家将把一条延伸到新西兰近海的海底电缆“转换”成一系列地震和洋流传感器。这些试验将为调查现有海底电缆作为海啸预警系统探测器的潜在用途奠定基础。

    该技术最早由NPL于2021年首创,源自量子科学的技术。它利用现有的光纤基础设施从海底收集连续的、实时的环境数据。此前,国家物理实验室在英国和加拿大之间5860公里长的洲际海底光纤链路上,在大西洋上演示了这项技术。

    太平洋是一个地震高度活跃的地区,为推进该技术并展示其全部潜力提供了理想的试验台。NPL和地球科学实验室将在今年晚些时候在新西兰和澳大利亚之间的塔斯曼海海底的一段3876公里长的南十字星NEXT电缆上测试这项技术。

    地球表面的70%以上被水覆盖,今天的海洋基本上仍未受到监测。全球只有少数几个永久性的海底传感器,因为安装和维护它们具有挑战性,而且成本高昂。通过将国家物理实验室的技术应用于大量海底电缆,可以实现数千个海底传感器。

    NPL的传感技术不需要安装任何新的硬件或基础设施,也不需要对海底现有基础设施进行任何改变,而是利用光纤本身作为环境传感器。NPL的技术有潜力提供一个有价值的预警系统,在海啸发生时保护沿海人口。它还提供了第一个可行的解决方案来填补海洋监测数据的空白,在包括地震学和海洋学在内的几个科学领域产生了重大影响。

    未来的项目可以将这一概念发展成为一个全球监测网络,更早、更准确地探测地震和海啸,并通过长期监测海底温度变化,增进世界对海底地质和气候变化的理解。

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  • 《英国国家物理研究院(NPL)研究人员介绍射频和微波计量在可扩展量子计算方面的进展》

    • 编译者:李晓萌
    • 发布时间:2024-06-12
    • 量子计算研究人员的任务是创造可能是历史上最复杂、最精确的科学设备,他们还需要建造这些机器——以及它们所有的外围组件——这样它们才能在宇宙中最不适宜居住的条件下工作。 根据最近发表在《International Journal of Microwave and Wireless Technologies.》期刊的一篇论文中,英国国家物理研究院(NPL)的研究人员总结了他们在为微波和量子设备创建精确测量系统方面取得的一些进展,这些设备可以在极低的温度下工作,低至几毫开尔文(mK)。 首先,重要的是要注意为什么这很重要。为了开发量子计算中使用的一些集成组件,需要在低温下进行精确的射频表征。其中包括有源和无源低温电子设备、电缆、互连、多路复用器、量子和射频集成电路(ic)、通量量子电子、低温cmos技术、量子硬件封装和参数放大器。 因此,如果我们想要构建更高效、更可靠的量子计算机,这些组件是绝对必要的。 以下是该团队在论文中分享的低温射频(RF)表征的一些最新进展,他们说这些进展可能会开辟量子计算的新领域。 测量技术的创新 研究人员写道,最近的研究已经导致了能够在低至数十mK的温度下表征微波和量子器件的复杂测量系统的创建,包括测量同轴连接器件、片上器件、晶上器件和衬底材料的s参数的系统。这些系统对于理解这些设备在量子计算所需的极端条件下的表现至关重要。 该过程包括将测试设备(dut)放置在一个寒冷、隔离的环境中,如稀释冰箱,并将它们与室温测试设备(如矢量网络分析仪(VNA))连接。这种设置虽然有效,但也带来了重大挑战。冰箱内部的电缆和部件经常会产生误差,必须使用专门的校准技术来纠正。 克服校准挑战 在低温下进行校准是必要的,因为它具有挑战性。在室温下,校准通常涉及手动或使用电子校准(ECal)套件将校准标准连接到测量参考平面。然而,由于需要多次冷却循环以及在这种寒冷条件下电子设备性能的可变性,这些方法在低温下不起作用。 为了解决这个问题,研究人员报告说,他们已经开发出专门的校准标准和技术,部署在DUT附近。这些方法允许精确的s参数测量,揭示设备的真实性能以及它们如何受到低温的影响。 晶圆上测量能力 芯片上或晶圆级平面集成电路的微波晶圆测量对于寻求规模量子计算机的团队至关重要。低温晶圆上测量允许在低温下直接表征“被测设备”或DUT,无需额外的连接器或接口。根据研究人员的说法,这种方法保证了更高的准确性和对设备性能的洞察力。 英国国家物理实验室与伦敦大学皇家霍洛威学院合作,正在努力开发这些能力。他们正在改造一个低温探测站,用于4 K左右的微波探测,并专门基于共面波导结构创建校准和验证标准。该团队希望这将为商用量子计算机的更大进步铺平道路。 射频功率和噪声测量 微波功率表征是另一个关键领域。准确的功率测量是表征有源和非线性器件如放大器、滤波器和混频器的必要条件。传统的室温技术不适合低温应用,这也是由于在低温下标准性能的变化。 研究人员正在探索新的方法,包括在低温环境中产生微波功率和使用基于量子的功率传感器。这些方法旨在提供SI -国际单位制-可追溯性和在低温下精确的功率测量。 噪声特性也同样重要。在超导量子计算中,低噪声放大器对于准确读取量子位的状态至关重要。准确的噪声测量有助于控制和验证系统组件所增加的噪声,这对系统的灵敏度至关重要。研究人员正在开发在低温下测量放大器噪声特性的方法,包括冷衰减法和y因子法。这些技术需要创新的校准和测量系统,以确保在低温下的准确性。 未来发展方向及行业影响 研究人员写道,国家物理实验室正在进行的开发这些低温测量能力的努力是英国国家量子技术计划的一部分。该计划旨在解决英国低温微波测试和测量设施的短缺问题。 该团队补充说:“这包括开发在低至数十mK的温度下表征各种器件的s参数、功率和噪声的能力。这些能力将有助于表征同轴连接器件和非连接器件,如片上、晶圆上器件和基板材料。” 最终,研究人员表示,他们正在设计的改进的测量技术和能力将用于“支持工业界和学术界为量子计算创造新的和改进的设备”。
  • 《英国国家物理研究院(NPL)与欧洲核子研究组织(CERN)合作促进新的核技术发展》

    • 编译者:李晓萌
    • 发布时间:2024-06-12
    • 近日,英国国家物理研究院(NPL)已与欧洲核子研究组织(CERN)签署了一份谅解备忘录,加入其位于瑞士日内瓦的中子飞行时间设施(n_TOF)。n_TOF是世界领先的中子测量设施,提供宽能量范围的高通量中子束。n_TOF合作包括全球50多个研究机构,这些研究机构正在实施从基础科学到应用核物理的一系列科学抱负的研究计划。 在欧洲核子研究中心设施,NPL将对与包括先进核反应堆(第四代)和燃料循环在内的新核技术开发相关的中子引发的核反应进行精确的横截面测量。NPL的一个特别兴趣是研究在一系列材料中产生氢、氚和氦的反应。这些数据支撑了氚繁殖毯、面向等离子体的装甲部件和反应堆部件抗辐射损伤寿命的发展,所有这些都是聚变商业化的关键。 核聚变被视为一种长期可持续的能源。英国政府最近概述了到2050年将英国核能发电量增加四倍的计划,并在该国现有聚变计划的基础上增加6.5亿英镑的新投资。核能投资的很大一部分将用于私营部门和大学,目的是刺激紧张的研究和开发,以克服与核聚变发电相关的具体技术挑战。其中包括由所涉及的强烈中子通量引起的材料问题,以及为实现点火创造条件,以确保核聚变适合作为安全、稳定和可持续的能源。 NPL团队希望与其他n_TOF成员合作,为n_TOF的专门实验计划开辟道路,这将导致对下一代裂变和聚变反应堆的更可靠的模拟和操作理解。NPL将与一系列其他英国中心密切合作,包括曼彻斯特大学、萨里大学、伯明翰大学、兰开斯特大学、约克大学和UKAEA。NPL雄心的关键是NPL研究生院(PGI)的支持,该研究生院已经帮助获得了两名博士生,使NPL能够在合作中发挥主导作用。 拟议的合作可能会带来长期的技术和经济效益,特别是在开发用于能源生产的“下一代”核聚变系统方面。该计划还将有助于巩固长期的NPL中子研究计划,利用最近资助的对现有现场中子设施的升级进行关键测量和可追溯链,并允许进一步传播核计量和放射化学方面基于NPL的关键专业知识。 战略业务发展经理Cyrus Larijani表示:“我很高兴NPL将加入n_TOF合作,这扩大了NPL的外部网络,并为我们的科学家提供了一个新的机会来领导应对世界挑战的解决方案。这也是英国多年来在欧洲核子研究中心的投资的有效回报。” NPL高级科学家Giuseppe Lorusso表示:“这是一个参与前线核物理研究并为长期悬而未决的问题提供答案的绝佳机会。作为n_TOF科学委员会的成员,我为影响国际研究的方向提供了一个重要的平台。” NPL核与辐射科学与计量研究员Paddy Regan教授表示:“欧洲核子研究中心和NPL之间关于n_TOF合作的新正式协议应该会改变英国中子研究能力和影响的游戏规则。特别是,拟议的与下一代核裂变和聚变研究相关的未来国际研究计划是这项工作在国际上的前沿。”