- 構建更好的量子傳感器
- 來源：賽斯維傳感器網 發表于 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（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在，芝加哥大學普利茲克分子工程學院 (PME) 的研究人員開發了一種優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。
他們發表在PRX Quantum上的新方法利用了鉆石或半導體中的缺陷表現得像量子比特（量子信息的最小單位）的方式。
“研究人員已經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。“我們所做的是想出一種更好的方法，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構中間的方式賦予了它獨特的量子特性。周圍環境的微小變化，從溫度到電力，改變了這種“固態缺陷”旋轉和儲存能量的方式。
研究人員發現，他們可以向其中一個量子位發射光，然后測量光是如何偏轉和釋放的，以探測其量子態。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，這在經典上是沒有意義的，”Clerk 說。“一個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，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，他們發現了一種從固態缺陷量子比特中獲取信息的新技巧。
當固態缺陷網絡在光子爆發中釋放能量時，研究人員通常會在釋放能量時掩蓋量子比特的確切性質。他們轉而關注這次突然爆發之前和之后的數據。
然而，Clerk 的小組發現，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現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缺陷中的信息是如何被放大的。
對于試圖開發測量從磁場（用于更好地導航或分析分子結構）到活細胞內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確實限制了一切，”Clerk 說�！艾F在，這種機制讓你進入一個不關心嘈雜的讀數的階段；你專注于在它之前編碼的更有價值的數據�！�
他的團隊現在正在計劃未來的研究，如何通過區分每個量子比特的數據，而不是從整個糾纏中讀取一個讀數，從而進一步提高固態缺陷的敏感性。他們認為他們的新方法使這一目標比過去更容易實現。
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