Pieni kvanttiläpimurto

Adelaiden yliopiston kvantti-insinöörit ovat löytäneet uuden tavan parantaa joitakin maailman herkimmistä sähkömagneettisten kenttien antureista.

Tutkimusta johtaa yliopiston kvantti- ja nanoteknologiaryhmä (QuaNTeG), ja se ratkaisee pitkäaikaisen ongelman, joka on rajoittanut suprajohtavien kvantti-interferenssilaitteiden, SQUIDien, suorituskykyä.

SQUIDit ovat herkimpiä koskaan kehitettyjä magneettikentän ilmaisimia. Niitä käytetään erikoissovelluksissa, kuten aivokuvantamisjärjestelmissä, tieteellisissä instrumenteissa ja edistyneissä radiotaajuusantureissa. Vaikka ne pystyvät havaitsemaan uskomattoman pieniä muutoksia magneettikentissä, niiden on ollut vaikea tunnistaa tarkasti, milloin magneettikenttä on täsmälleen nolla.

Tähän asti insinöörit ovat ratkaisseet tämän ongelman rakentamalla monimutkaisia piirejä, jotka sisältävät satoja tai jopa tuhansia erikokoisia suprajohtavia silmukoita. Vaikka tämä lähestymistapa on tehokas, se vähentää laitteen kokonaisherkkyyttä.

Adelaiden tiimi löysi yksinkertaisemman ratkaisun. Sen sijaan, että tutkijat olisivat tehneet silmukoita erikokoisina, he pitivät ne samankokoisina, mutta korvasivat strategisesti osan niistä "paljailla silmukoilla", joissa ei ole Josephsonin liitoksia, jotka ovat perinteisten SQUID-laitteiden keskeinen osa.

Nämä paljaat silmukat muuttavat magneettisten signaalien liikkumista piirin läpi ja tuloksena on, että anturi käyttäytyy ikään kuin se sisältäisi useita erikokoisia silmukoita, vaikka niitä ei tarvitsisikaan.

Apulaisprofessori Tettamanzi sanoi, että edistysaskel voisi lopulta hyödyttää monenlaisia sovelluksia.

"Erittäin herkillä suprajohtavilla kvanttisensoreilla on valtava potentiaali lääketieteessä, viestinnässä, teollisuudessa ja puolustuksessa", hän sanoi. "Mitä lähemmäksi pääsemme kvanttihavaitsenisen rajaa, sitä enemmän tietoa voimme saada erittäin heikoista signaaleista."

Mahdollisia tulevaisuuden sovelluksia ovat parannetut aivojen seurantajärjestelmät, herkemmät radiotaajuusvastaanottimet, vähäkohinaiset viestintätekniikat ja edistyneet sähkömagneettiset tunnistusalustat.

Löytö voisi myös tehdä tulevaisuuden laitteiden valmistuksesta helpompaa ja halvempaa, koska uusi lähestymistapa poistaa tarpeen valmistaa suuria, useita eri silmukkakokoja sisältäviä matriiseja.

Vaikka teknologian kaupallistaminen vaatii lisätestausta, tutkijat uskovat, että läpimurto tuo käytännön kvanttirajaiset anturit merkittävän askeleen lähemmäksi todellisuutta.

Aiheesta aiemmin:

SQUID-anturi lähemmäksi kvanttimateriaalia

Grafeenin avulla "transistori" suprajohtavuudelle