Višenamjenski kvantni senzori

Posebna klasa senzora koristi kvantna svojstva za mjerenje sitnih signala na razinama koje bi bile nemoguće korištenjem samo klasičnih senzora. Takvi kvantni senzori trenutno se koriste za proučavanje unutarnjeg radastanica i vanjskih dubina našeg svemira.

Istraživači s MIT-a sada su stvorili način za istovremeno mjerenje više fizičkih veličina pomoću kvantnog senzora u čvrstom stanju. To su postigli iskorištavanjem isprepletenosti, gdje čestice postaju korelirane u jedno kvantno stanje.

U novom radu, tim je demonstrirao svoj pristup u uobičajeno korištenom kvantnom senzoru na sobnoj temperaturi, mjereći amplitudu, frekvenciju i fazu mikrovalnog polja u jednom mjerenju. Također su pokazali da pristup funkcionira bolje od sekvencijalnog mjerenja svakog svojstva ili korištenja tradicionalnih senzora.

Istraživači kažu da bi ovaj pristup mogao omogućiti kvantne senzore koji mogu produbiti naše razumijevanje ponašanja atoma i elektrona unutar materijala i živih sustava poput stanica raka.

Za svoj eksperiment, istraživači su koristili NV centre unutar dijamanta veličine 5 kvadratnih milimetara. Usmjerili su laser u dijamant i proučavali njegovu fluorescenciju kako bi izvršili mjerenja, što je uobičajen pristup za takve senzore. Za proučavanje elektroničkog spina NV centra koristili su mikrovalnu antenu. Za proučavanje spina atoma dušika koristili su radiofrekvencijsko polje.

Sustav je radio jer su spinovi senzorskog kubita i pomoćnog kubita bili isprepleteni, što je kvantno svojstvo gdje stanje jedne čestice ovisi o drugoj. S jednim kubitom dobivate binarni ishod, a s dva dobivate četiri moguća ishoda s ukupno tri moguća parametra.

Dva kubita omogućila su istraživačima da istovremeno izmjere te tri veličine koristeći tehniku ​​poznatu kao mjerenje Bellovog stanja.

Istraživači su koristili pristup za istovremeno mjerenje amplitude, razdvajanja i faze mikrovalnog magnetskog polja. Istraživači također kažu da bi se pristup mogao koristiti za mjerenje električnih polja, temperature, tlaka i naprezanja.

Istraživači kažu da je ovaj rad važan korak prema korištenju kvantnih senzora u čvrstom stanju za potpuniju karakterizaciju sustava u biomedicinskim istraživanjima i karakterizaciji materijala. To je zato što višeparametarska procjena nikada nije postignuta u realnim uvjetima ili u široko korištenim kvantnim senzorima.

Iako istraživači kažu da njihov senzor nije mjerio svaku količinu s najvećom mogućom preciznošću, u budućem radu planiraju istražiti može li njihov pristup postići veću preciznost za svaki parametar, a također planiraju istražiti kako njihov pristup funkcionira za karakterizaciju heterogenih materijala.