MIT создает многозадачные квантовые сенсоры для одновременного измерения

Исследователи MIT разработали способ одновременного измерения нескольких физических величин с помощью квантового сенсора на твердом теле. Эти сенсоры используют квантовые свойства для регистрации малых сигналов, что невозможно с классическими сенсорами. Особенно перспективны твердотельные квантовые сенсоры, которые могут работать при комнатной температуре. Однако большинство из них традиционно измеряют только одну величину, что приводит к смешению сигналов и снижению надежности измерений.

В новой работе команда MIT продемонстрировала, как можно одновременно измерять амплитуду, частоту и фазу микроволнового поля, используя запутанность частиц. Это позволяет углубить понимание поведения атомов и электронов в материалах и живых системах, таких как раковые клетки. Соавтор статьи Такуя Исогава отметил, что до сих пор большинство экспериментов по оценке многопараметровых состояний были теоретическими.

Квантовые сенсоры используют такие эффекты, как запутанность и состояния спина, для измерения изменений в магнитных и электрических полях, гравитации и ускорении. Например, сенсоры на основе центров азот-вакансия в алмазах обладают высокой чувствительностью к внешним воздействиям, что делает их полезными в биологии и космологии.

В ходе эксперимента исследователи использовали центры NV в алмазе размером 5 квадратных миллиметров. Они направили лазер в алмаз и изучили его флуоресценцию для измерений. Используя антенну микроволнового поля и радиочастотное поле, команда смогла одновременно измерять два спина, что увеличивает количество извлекаемых параметров.

Разработанный метод позволяет одновременно измерять амплитуду, настройку и фазу микроволнового магнитного поля, что может быть применено для измерения электрических полей, температуры и давления. Исследователи подчеркивают, что это открывает новые возможности для изучения спиновых волн в материалах, что является важной темой в физике конденсированных веществ.