Czujnik kwantowy wykrywa sygnały elektromagnetyczne o dowolnej częstotliwości. Oto kilka możliwości jego wykorzystania

Zaprojektowany przez naukowców z MIT niezwykle dokładny czujnik kwantowy jest w stanie wykrywać nawet najmniejsze zmiany w polu magnetycznym lub elektrycznym. Dzięki temu może zostać wykorzystany na szereg sposobów.

Będzie to możliwe dzięki opracowanej niedawno metodzie, która sprawia, iż czujniki zyskają zdolność do wykrywania dowolnych częstotliwości. Wszystko to bez utraty możliwości pomiaru cech w skali nanometrowej. W dalszej perspektywie powinno to zostać wykorzystane między innymi w obliczeniach kwantowych.

Czytaj też: Stan splątany dwóch atomów oddalonych od siebie o 33 kilometry. Oto zapowiedź ultraszybkiego internetu kwantowego

Praca autorów badania została opublikowana w Physical Review X i opisuje coś, co określili oni mianem mieszacza kwantowego. W toku analiz naukowcy doszli do wniosku, że z wykorzystaniem wiązki mikrofal detektor może zostać rozbudowany na tyle, by częstotliwość badanego pola była zamieniana na inną częstotliwość. W takiej sytuacji wykrywana jest różnica między oryginalną częstotliwością a częstotliwością dodanego sygnału.

W konsekwencji detektor jest w stanie dostroić się do dowolnej częstotliwości, bez utraty nanoskalowej rozdzielczości przestrzennej czujnika. Na potrzeby testów naukowcy sprawdzili możliwości detektora w zakresie wykrywania sygnału o częstotliwości 150 megaherców. Posłużył do tego celu detektor kubitowy o częstotliwości 2,2 gigaherca. W ramach dalszych badań przeprowadzono natomiast analizy tego procesu, tworząc ramy teoretyczne, oparte na teorii Floqueta. Naukowcy sprawdzali też numeryczne przewidywania tej teorii w serii eksperymentów.

Czujnik kwantowy z MIT ma wyższą od dotychczas stosowanych dokładność

Jak wyjaśnia główny autor badań, Guoqing Wang, zaprojektowany przez jego zespół system mógłby zostać wykorzystany na przykład do szczegółowego charakteryzowania wydajności anten mikrofalowych. Dzięki takiemu podejściu możliwe powinno być charakteryzowanie rozkładu pola generowanego przez anteny z nanoskalową rozdzielczością. Obecnie stosowane metody są natomiast mniej wydajne, ponieważ konieczne jest użycie silnego pola magnetycznego, aby dostroić czujnik. Owe pole może jednak naruszyć właściwości materiału kwantowego, co może wpłynąć na zjawiska objęte pomiarami.

Czytaj też: Trójwarstwowy grafen ma niezwykłe właściwości. W przyszłości zostaną wykorzystane w technologiach kwantowych

Poza obliczeniami kwantowymi w grę wchodzi też wykrywanie zakresu częstotliwości aktywności elektrycznej lub magnetycznej na poziomie pojedynczej komórki. Obecnie byłoby to niezwykle trudne, bądź kompletnie niemożliwe. Mówi się nawet o wykorzystaniu systemu do testowania zachowań nowych materiałów, na przykład dwuwymiarowych, które mogą posiadać szereg przydatnych właściwości elektromagnetycznych, optycznych i fizycznych. Jeśli chodzi o najbliższą przyszłość, to członkowie zespołu chcieliby najpierw zwiększyć zakres częstotliwości, które czujnik kwantowy będzie mógł badać za jednym razem.