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- 構建更好的量子傳感器
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2022/9/19
該模式在這里被描述為光子腔的諧振模式，但我們可以使用多種系統(tǒng)（例如，微波或機械模式）。玻色子模式的能量衰減率為 κ ，并且每個自旋可以分別以速率 γ rel或 γφ 經(jīng)歷局部弛豫或移相過程。來源：PRX 量子(2022)。DOI: 10.1103/PRXQuantum.3.030330
通常，鉆石中的缺陷是一件壞事。但對于工程師而言，鉆石原本堅硬的晶體結(jié)構中的微小光點正在為突破當今技術超靈敏量子傳感器鋪平道路�，F(xiàn)在，芝加哥大學普利茲克分子工程學院 (PME) 的研究人員開發(fā)了一種優(yōu)化這些量子傳感器的方法，該方法可以檢測磁場或電場中的微小擾動等。
他們發(fā)表在PRX Quantum上的新方法利用了鉆石或半導體中的缺陷表現(xiàn)得像量子比特（量子信息的最小單位）的方式。
“研究人員已經(jīng)在使用這種量子比特來制造令人驚嘆的傳感器，”這項新工作的作者 Aashish Clerk 教授說�！拔覀兯龅氖窍氤鲆环N更好的方法，從這些量子比特中獲取較多的信息�！�
完美的鉆石由排列在重復晶格中的碳原子組成。用其他原子（如氮原子）替換其中一個原子，新的獨立原子位于鉆石堅硬結(jié)構中間的方式賦予了它獨特的量子特性。周圍環(huán)境的微小變化，從溫度到電力，改變了這種“固態(tài)缺陷”旋轉(zhuǎn)和儲存能量的方式。
研究人員發(fā)現(xiàn)，他們可以向其中一個量子位發(fā)射光，然后測量光是如何偏轉(zhuǎn)和釋放的，以探測其量子態(tài)。通過這種方式，他們可以將其用作量子傳感器。
然而，分析來自固態(tài)缺陷的信息是很棘手的，特別是當許多這樣的量子位嵌入一個傳感器時。隨著每個量子位釋放能量，該能量會改變附近量子位的行為。
“所有量子比特都以一種有趣的方式相互關聯(lián)，這在經(jīng)典上是沒有意義的，”Clerk 說�！耙粋�量子位的作用與其他量子位的作用密切相關。”
此外，當光照射在量子比特上足夠長的時間時，它會重置為基態(tài)，從而丟失其中編碼的任何信息。
Clerk 與包括新論文的作者、博士后研究員 Martin Koppenhöfer 在內(nèi)的同事開始就量子比特如何相互作用的物理學提出一個基本問題。在這項研究的過程中，他們發(fā)現(xiàn)了一種從固態(tài)缺陷量子比特中獲取信息的新技巧。
當固態(tài)缺陷網(wǎng)絡在光子爆發(fā)中釋放能量時，研究人員通常會在釋放能量時掩蓋量子比特的確切性質(zhì)。他們轉(zhuǎn)而關注這次突然爆發(fā)之前和之后的數(shù)據(jù)。
然而，Clerk 的小組發(fā)現(xiàn)，關于量子位的更敏感信息被編碼在這種能量釋放中（稱為“超輻射自旋衰減”）。
“人們認為所有的量子比特一開始都很興奮，都放松了，這看起來真的很無聊，”他說�！暗覀儼l(fā)現(xiàn)量子比特之間存在細微的差異；它們并非都完全興奮，它們也不會完全同步放松�！�
通過關注超輻射自旋衰減中那個長期被忽視的時間點，Clerk 和他的團隊展示了存儲在固態(tài)缺陷中的信息是如何被放大的。
對于試圖開發(fā)測量從磁場（用于更好地導航或分析分子結(jié)構）到活細胞內(nèi)溫度變化的一切事物的量子傳感器的工程師來說，新方法提供了急需的靈敏度改進。
“在過去，這些傳感器中非常嘈雜的量子比特讀數(shù)確實限制了一切，”Clerk 說�！艾F(xiàn)在，這種機制讓你進入一個不關心嘈雜的讀數(shù)的階段；你專注于在它之前編碼的更有價值的數(shù)據(jù)�！�
他的團隊現(xiàn)在正在計劃未來的研究，如何通過區(qū)分每個量子比特的數(shù)據(jù)，而不是從整個糾纏中讀取一個讀數(shù)，從而進一步提高固態(tài)缺陷的敏感性。他們認為他們的新方法使這一目標比過去更容易實現(xiàn)。
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