超导量子干涉装置(SQUID)是以包含超冷“约瑟芬接面”(Josephson junction)的超导回路为基础，可用于实现当今最灵敏的磁力计。如今，美国国家标准技术研究所(NIST)和科罗拉多大学波德分校(University of Colorado, Boulder)的研究人员重新利用SQUID产生微波超级多任务器，将来自多达1,000个低温微热量计的信号放在单个同轴电缆上。
组装完整的样本中带有8个转换边缘传感器(TES)微热量计检测芯片(中央)、8个微波多任务器芯片(两侧垂直列)；以及用于检测器偏置、奈奎斯特(Nyquist)滤波以及信号路由的芯片 （来源：AIP）
研究人员正致力于解决各种问题，包括如何恐怖分子手中取得核原料，以厘清宇宙大爆炸(Big Bang)不为人知的一面。他们在美国物理学会(American Institute of Physics；AIP)旗下刊物《应用物理学报》(Applied Physics Letters)发表了“使用微波SQUID多任务同步读取128个X光和γ射线转换边缘微热量计”(Simultaneous readout of 128 X-ray and gamma-ray transition-edge microcalorimeters using microwave SQUID multiplexing)的相关研究。
迄今为止，核原料计量、天体物理学和X射线光谱的测量应用都使用分时多任务技术，将最多50个微热量计输出结合到单个双绞线上。最大的已知数组使用250个微热量计，但需要50对双绞线输出。研究人员表示，新的微波多任务光谱仪能够将1,000个微热量计多任务至单个同轴电缆上，不过，他们至今仅能在单个同轴电缆上实现128个微热量计。
具有转换边缘传感器的3信道微波SQUID多任务电路 (a)、33信道微波SQUID多任务芯片(b)，以及1/4微波谐振器电容耦合至馈送线(c)的特写 （来源：AIP）
研究人员使用由射频(RF) SQUID调节的超冷谐振器，让每个加在同轴电缆对上的微热量计分别具有略微不同的频率。研究团队计划使用新版仪器测量来自分裂材料(如钸、高能量X射线与宇宙背景辐射等)的γ射线。但目前的目标在于打造128信道超导传感器的1,000微热量计。
估计恐怖份子只需要取得8至10公斤的钸——相当于一颗垒球的大小，就足以建构一个“手提箱”原子弹。因此，目前迫切需要新的探测器数组，以提高计算钸库存的准确度。
33信道SQUID多任务器芯片及其微波响应，可显示相关的谐振。多个芯片采用菊花链方式实现更大的多任务因子（来源：J.A.B. Mates, University of Colorado, Boulder）
针对非防御性的应用中，天体物理学家可以调整探测器数组，以便更准确地测量宇宙背景辐射极化的波动，从而解释宇宙大爆炸后经过不断膨胀达到今天的状态。美国能源部(DoE)可以更准确地测量高能量的X射线来源，例如斯坦福线性加速器中心(SLAC)的自由电子激光，以揭示当今仍然未知的物质微妙特性。
美国能源部的核能大学计划(Nuclear Energy University Program)、NIST的测量科学创新、NASA的天体物理研究计划署，以及美国能源部基础能源科学先进检测器研究计划等单位，均为这项研究提供了资金和其他资源。
编译：Susan Hong
本文授权编译自EE Times，版权所有，谢绝转载
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