Monitoimisia kvanttiantureita24.04.2026
Erityisen lupaavia ovat kiinteän olomuodon kvanttianturit, jotka voivat toimia huoneenlämmössä. Valitettavasti useimmat kiinteän olomuodon kvanttianturit mittaavat nykyään vain yhtä fysikaalista suuretta kerrallaan – kuten magneettikenttää, lämpötilaa tai materiaalin venymää. Materiaalin magneettikentän ja lämpötilan mittaaminen samanaikaisesti aiheuttaa niiden signaalien sekoittumisen ja mittausten epäluotettavuutta. MIT:n tutkijat ovat nyt luoneet tavan mitata samanaikaisesti useita fysikaalisia suureita kiinteän olomuodon kvanttianturilla. He saavuttivat tämän hyödyntämällä lomittumista, jossa hiukkaset korreloituvat yhteen kvanttitilaan. Uudessa artikkelissa tiimi esitteli lähestymistapaansa yleisesti käytetyssä kvanttianturissa huoneenlämmössä mittaamalla mikroaaltokentän amplitudin, taajuuden ja vaiheen yhdellä mittauksella. He osoittivat myös, että lähestymistapa toimii paremmin kuin kunkin ominaisuuden peräkkäinen mittaaminen tai perinteisten anturien käyttö. Yksi erityisen hyödyllinen biologian anturi hyödyntää timanttien typpivakanssia (NV). NV-keskuksen spintila on erittäin herkkä ulkoisille vaikutuksille, kuten magneettikentille ja lämpötilalle, jotka voivat muuttaa spintilaa tavoilla, jotka voidaan mitata erittäin korkealla resoluutiolla. Kokeessaan tutkijat käyttivät NV-keskuksia viiden neliömillimetrin timantin sisällä. NV-keskuksen elektronispinin tutkimiseen he käyttivät mikroaaltoantennia ja typpiatomin spinin tutkimiseen he käyttivät radiotaajuuskenttää. ”Käytimme näitä kahta spiniä kahtena kubittina”, Takuya Isogawa sanoo. ”Kahdella kubitilla lisäsimme parametrien määrää, joita pystyimme erottelemaan.” Järjestelmä toimi, koska anturikubitin ja apukubitin spinit olivat lomittuneet toisiinsa. Yhdellä kubitilla saadaan binäärinen lopputulos. Kahdella saadaan neljä mahdollista lopputulosta, joissa on yhteensä kolme mahdollista parametria. Tutkijat käyttivät työnsä saavutuksia mitatakseen samanaikaisesti mikroaaltomagneettikentän amplitudin, epävirityksen ja vaiheen. Tutkijoiden mukaan lähestymistapaa voitaisiin myös käyttää sähkökenttien, lämpötilan, paineen ja venymän mittaamiseen. ”Näiden parametrien samanaikainen mittaaminen voi auttaa meitä tutkimaan spin-aaltoja materiaaleissa, mikä on tärkeä aihe tiiviin aineen fysiikassa”, Isogawa sanoo. ”NV-keskusantureilla on erittäin korkea spatiaalinen resoluutio ja monipuolisuus. Niillä voidaan mitata monia erilaisia fysikaalisia suureita.” Aiheesta aiemmin: Lomittumisen kautta hajautettu kvanttianturi |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.
Kvanttiantureita käytetään parhaillaan muun muassa solujen sisäisen toiminnan ja maailmankaikkeutemme syvyyksien tutkimiseen.