Paragraf 展示了一種由石墨烯制成的霍爾傳感器，用于低溫應用，例如量子計算、高能物理、低溫物理、聚變和空間。傳統材料發現在淺溫度下工作具有挑戰性，而石墨烯物理學的最新研究表明，這種材料可以滿足這些條件下的測量要求。該傳感器在低于 3 開爾文 （K） 的危急情況下可測量超過 7 特斯拉 （T） 的磁場強度，因此無需使用額外的室溫解決方案，因為它們在熱能。Paragraf 的 CTO John Tingay 告訴《電力電子新聞》，低溫是一種極端環境，因此石墨烯的穩健性是一個關鍵屬性。

Paragraf 相信，得益于其專有技術，新型 GHS-C 傳感器即使在低得多的溫度下也能提供高性能。核物理學中的下一代粒子加速器基于產生超過 16 T 場強的磁鐵，Tingay 表示 GHS-C 已經引起了該領域領導者的興趣。石墨烯霍爾傳感器允許更快地繪制磁體，取代當前的核磁共振 （NMR） 探針映射步驟。

用于量子比特的石墨烯

量子計算正在通過追求高性能來加速其技術。例如，IBM 設定了到 2023 年實現 1，000 個量子位 （qubits） 的目標。許多工程師設想這些即將推出的新型量子計算機的各種用途與傳統硬件加速器截然不同。與傳統計算機將信息存儲為 0 或 1 不同，在量子世界中，情況有所不同。不是開和關，而是使用疊加、糾纏和退相干來描述量子位的狀態。幾個狀態可以同時代表一個量子位，兩個量子位也是“量子”連接而不是物理連接。這一特性允許量子計算機同時處理所有位組合，從而使量子計算比傳統等效物更強大、更快。

量子測量要求非常高，因為必須將狀態與可能修改測量并因此將誤差引入系統本身（退相干）的任何外部事件隔離。為了確保一切都以最高精度完成，必須在極低的溫度下工作，優化傳統傳感器引入的熱量。GHS-C 霍爾傳感器旨在耗散皮瓦級而不是兆瓦級，對設備的影響要小得多，使研究人員能夠進行準確的測量。

量子位的操作是通過不同的技術完成的，特別是微波。在量子水平上工作意味著即使是最小的干擾也會對系統產生重大影響。因此，目的是磁屏蔽以消除外部場的影響，以在極低的溫度下運行。

石墨烯已被證明適用于這些應用。它由排列在六邊形晶格中的單層碳原子組成。它可以比硅更快地傳導電子并且比銅更好地傳輸熱量。由于其緊湊的結構，它幾乎不能滲透分子和所有氣體。

“石墨烯的低載流子濃度和高遷移率導致高分辨率、高線性傳感器，”Tingay 說。“在許多熱循環中，石墨烯材料或其與其他設備組件的相互作用幾乎沒有變化，這意味著設備性能在多次循環中是可重復的。這也意味著對電氣特性的溫度依賴性很小，使校準變得容易和準確。

“在高場中，量子振蕩會限制傳感器的準確性，并且可能會發生飽和，”他補充道。“通過操縱我們石墨烯的電特性，我們可以完全避免高場飽和并減少量子振蕩，從而產生高精度的霍爾傳感器。使用傳統霍爾傳感器進行精確測量的另一個挑戰是靈敏度會隨溫度變化；因此，需要精確的溫度測量來彌補這一點。石墨烯在大溫度范圍內的電特性變化很小，因此 GHS-C 溫度系數僅為百分之幾。”

Paragraf 的石墨烯霍爾傳感器在 Proteox 稀釋冰箱中進行測試

低溫應用的低功耗

在溫度接近于零的低溫應用中，任何熱變化都是一個問題。Paragraf 指出，它的傳感器只需要納安級的電流，耗散皮瓦級的功率，優化量子測量，從而減少退相干。Paragraf 的傳感器已經在低于 50 K 的各種溫度下在磁場中進行了測試，返回的測量分辨率在百萬分之一以下。

“GHS-C 作為模擬設備提供，可以靈活地集成到各種可用的低溫系統中，”Tingay 說。“該設備可以與標準電流源和電壓表連接。”

量子計算將很快成為現實，并可以廣泛應用于整個化學工業——從藥物設計到建模，甚至在股票市場。量子位控制是量子計算機設計中的一個限制因素。這些量子位保持在這種疊加狀態的時間稱為它們的“相干時間”。相干時間越長，量子比特計算復雜問題的能力就越大。每一個設計步驟和使用的每一個傳感器都將決定量子計算機的效率。