Tehokkaampia kvanttiantureita

Pieni synteettinen timantti, joka on niin herkkä magneettikentille, että se voi rekisteröidä aktiivisuutta aivoissa. Kuvantaminen suoritetaan yhdistämällä mikroaaltopulsseja ja timantista tuleva valo.

Kvanttianturitkin ovat pian arkipäivää koska niitä valmistetaan jo laboratorioiden ulkopuolella ja löydetään uusia tapoja tehdä niistä entistä tarkempia.

Technical University of Denmarkin (DTU) fysiikan tutkijat ovat onnistuneet rakentamaan pienen kannettavan kvanttiteknologisen mittauslaitteen, joka pystyy kuvaamaan magneettikenttiä poikkeuksellisen korkealla resoluutiolla ja tarkkuudella.

Anturin ydin on pieni synteettinen timantti, joka on niin herkkä magneettikentille, että se voi mahdollisesti rekisteröidä aktiivisuutta aivoissa. Kuvantaminen suoritetaan yhdistämällä mikroaaltopulsseja ja timantista tulevan fluoresoivan valon havainnointi.

Tutkimusryhmä on onnistunut rakentamaan anturinsa matkapuhelimen kokoon. He ovat patentoineet uuden mittausmenetelmän ja etsivät nyt aiheesta kiinnostuneita kaupallisia ja lääketieteellisiä kumppaneita kehitystyötä jatkamaan.

Bristolin yliopiston johtama tutkijaryhmä on puolestaan löytänyt uuden menetelmän, jolla voitaisiin rakentaa kvanttiantureita erittäin tarkasti.

Yksittäiset atomit säteilevät valoa fotoneina ja kun tällaista valoa mitataan, sen rakeinen luonne johtaa eritäin pieniin vaihteluihin fotonien kirkkaudessa, koska kahta tai useampaa fotonia ei koskaan emittoida samanaikaisesti.

Tämä ominaisuus on erityisen hyödyllinen tulevien kvanttiteknologioiden kehittämisessä, joissa pienet vaihtelut ovat avainasemassa. Se on johtanut kiinnostukseen keinotekoisista atomijärjestelmistä, jotka toimivat kuin atomit valoa emittoidessaan mutta joiden ominaisuudet ovat helpommin räätälöitäviä.

Ne ovat tyypillisesti valmistettu kiinteistä materiaaleista. Ne ovat atomia paljon suurempia esineitä, joissa värähtelyjen läsnäolo on väistämätön ja yleensä niitä pidetään haitallisena.

Bristolin yhteistyöryhmä on kuitenkin osoittanut, että nämä luonnollisesti esiintyvät värähtelyt voivat yllättäen johtaa jopa suurempiin kirkkauden vaimentumisiin kuin luonnollisissa atomijärjestelmissä.

Keinotekoisien atomien matalissa lämpötiloissa värähtely-ympäristö toimii tavallaan energian tasoja jäädyttäen ja samalla tukahduttaen emittoituneiden fotonien vaihtelut. Näitä alhaisia vaihteluja voidaan sitten käyttää rakentamaan kvanttiantureita, jotka ovat luonnostaan tarkempia kuin mitä on mahdollista ilman värinää.

Menettely avaa oven uudelle sovelluskokonaisuudelle, joka käyttää keinotekoisia atomeja kvanttiparannettua tunnistusta varten, aina pienen mittakaavan magnetometriasta, jota voidaan käyttää mittaamaan aivojen signaaleja, aina täysipainoiseen gravitaatioaaltoilmaisuun, joka paljastaa kosmiset prosessit galaksien keskellä.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttianturi tehostaa syövän hoitoa

Kvanttitason mittauksia