Калифорния университетінің Санта-Барбара кампусында физиктер жасанды түрде өсірілген алмаз негізінде кванттық технологияларды құру мүмкіндіктерін зерттеуде. Ания Яйич басқаратын зертханада алмаздағы атомдық ақаулар – спиндік кубиттер деп аталатын құрылымдар зерттеліп жатыр, олар кванттық сенсорикада қолданылуы мүмкін.

Кванттық ақауларды ұйымдастырудағы серпіліс

Зерттеуші Лиллиан Хьюз алғаш рет тек жеке кубиттерді ғана емес, сонымен қатар алмаз ішінде екі өлшемді кванттық ақаулар ансамбльдерін ұйымдастырып, оларды шатастыруға болатынын көрсетті. Бұл жаңалық сенсорикада кванттық артықшылық беретін қатты денелі жүйелерді құруға жол ашады. Эксперименттер барысында NV-орталықтарының (азот-вакансия) екі өлшемді қабаты бақыланатын тығыздық пен өлшемде құрылып, ақаулар арасындағы күшті дипольдік өзара әрекеттесулерге қол жеткізілді.

NV-орталықтарының ерекшеліктері

NV-орталық – көміртек атомының орнына орналасқан азот атомы мен оған іргелес вакансиядан тұрады. Бұл орталықтардың ұзақ өмір сүретін спиндік күйлері оларды кванттық сенсорика үшін мінсіз етеді, себебі спин өлшенетін магнит өрісімен әрекеттеседі.

Тарихы мен тәсілдің жаңалығы

Спинді сенсор ретінде қолдану 1970-жылдардан белгілі, сол кезде магнитті-резонанстық томография (МРТ) жасалды. Бұған дейін қатты денелі кванттық сенсорика эксперименттерінде жеке спиндер немесе өзара әрекеттеспейтін ансамбльдер қолданылған. Қазіргі жұмыстың жаңалығы – тығыз, өзара күшті әрекеттесетін спиндер ансамбльдерін құруда, бұл ұжымдық кванттық мінез-құлық пен кванттық шатасу құбылысын пайдаланып, өлшеу сезімталдығын арттыруға мүмкіндік береді.

Қатты денелі кванттық сенсорлардың артықшылықтары

Бұрын кванттық шатасуға негізделген сенсорлар тек газ фазасындағы атомдық жүйелерде қолданылған. Алмаз сияқты қатты материалдарды пайдалану сенсорды зерттелетін жүйеге жақындатуға және интеграциялауға мүмкіндік береді. Алмаз кванттық сенсорлары зерттелетін материалдарды алмаз бетіне нанометрлік қашықтықта орналастыруға жағдай жасайды, бұл әртүрлі объектілерді зерттеуге ыңғайлы.

Мұндай сенсорлар биологиялық жүйелер мен жаңа материалдарды, соның ішінде электрондық, асқынөткізгіш және магниттік орталарды зерттеуде пайдалы болуы мүмкін.

Кванттық шуды жеңу

Зерттеушілер үшін басты міндеттердің бірі – өлшеу дәлдігін шектейтін кванттық шуды жеңу. Бұл – кванттық проекция шумымен анықталатын іргелі шек. Оны жеңу үшін кванттық корреляция әдістері, мысалы, спиндік сығу қолданылады, бұл өлшеу белгісіздігін азайтуға мүмкіндік береді.

Сигналды күшейту және болашақ жоспарлар

Топтың екінші мақаласында сигналды күшейту стратегиясы сипатталған, мұнда өлшенетін сигнал шуды арттырмай-ақ күшейтіледі. Бұл өте әлсіз шамаларды дәлірек тіркеуге мүмкіндік береді.

Алдағы уақытта бұл әдістерді нақты жүйелерде қолданып, сигналды күшейту немесе кванттық сығу дәрежесін арттыру жоспарлануда. Ол үшін спиндердің екі өлшемді жазықтықта орналасуын бақылап, реттелген тор құру қажет. Бұл міндетті шешу сенсорикада кванттық артықшылыққа қол жеткізуді жақындатады.