Звичайний фрукт підвищує продуктивність квантових датчиків

Дослідники університету Macquarie продемонстрували, як звичайний виноград супермаркету може підвищити продуктивність квантових датчиків, що потенційно призводить до більш ефективних квантових технологій.

Дослідження, опубліковане в Застосовується фізичний огляд 20 грудня 2024 року показано, що пари винограду можуть створювати сильні локалізовані гарячі точки магнітного поля мікрохвильових печей, які використовуються в додатках квантового зондування-знахідка, яка може допомогти розробити більш компактні та економічно ефективні квантові пристрої.

“Хоча попередні дослідження розглядали електричні поля, що викликають ефект у плазмі, ми показали, що пари винограду також можуть посилити магнітні поля, які мають вирішальне значення для додатків квантового зондування”, – каже головний автор Алі Фаваз, квантова фізика. Кандидат в університет Макварі.

Дослідження ґрунтується на відео з вірусними соціальними медіа, на яких видно виноград, що створює плазму – сяючі кульки з електрично зарядженими частинками – в мікрохвильових печах.

Незважаючи на те, що попередні дослідження були зосереджені на електричних полях, команда Macquarie вивчала ефекти магнітного поля, що має вирішальне значення для квантових застосувань.

Команда використовувала спеціалізовані нано-діамонди, що містять центри азоту та атомно-масштабні дефекти, які діють як квантові датчики. Ці дефекти (один із багатьох дефектів, що дають діамантам їх колір) поводяться як крихітні магніти і можуть виявити магнітні поля.

“Чисті алмази безбарвні, але коли певні атоми замінюють атоми вуглецю, вони можуть утворювати так звані” дефектні “центри з оптичними властивостями”,-каже співавтор дослідження доктор Сарат Раман Наїр, який є викладачем квантових технологій в університеті Макварі.

“Центри азоту в нанодіамонах, які ми використовували в цьому дослідженні, діють як крихітні магніти, які ми можемо використовувати для квантового зондування”.

Команда розмістила свій квантовий датчик – алмаз, що містить спеціальні атоми – на кінчику тонкого скляного волокна і розміщували його між двома виноградом. Сяючи зелене лазерне світло через волокно, вони могли зробити ці атоми світитися червоними. Яскравість цього червоного сяйва виявила силу мікрохвильового поля навколо винограду.

“Використовуючи цю техніку, ми виявили, що магнітне поле мікрохвильового випромінювання стає вдвічі сильним, коли ми додаємо виноград”, – каже Фаваз.

Старший автор професор Томас Волц, який очолює групу квантових матеріалів та застосувань у школі математичних та фізичних наук Маккварі, каже, що результати розблокують захоплюючі можливості для мініатюризації квантових технологій.

“Це дослідження відкриває ще один шлях для вивчення альтернативних конструкцій резонатора мікрохвильової печі для квантових технологій, що потенційно призводить до більш компактних та ефективних пристроїв квантового зондування”, – говорить він.

Розмір і форма винограду виявилися вирішальними для успіху експерименту. Експерименти команди покладалися на виноград точно розміром – кожен довжиною приблизно 27 міліметрів – щоб сконцентрувати мікрохвильову енергію приблизно на правильній частоті датчика діаманту.

Пристрої квантового зондування традиційно використовують для цього сапфіру. Однак команда Macquarie теоретизувала, що вода може працювати ще краще. Це зробив виноград, який в основному є водою, вкладеною в тонку шкіру, ідеально підходить для тестування їхньої теорії.

“Вода насправді краща, ніж сапфір при концентрації мікрохвильової енергії, але вона також менш стабільна і втрачає більше енергії в процесі. Це наше ключове завдання вирішити”, – каже Фаваз.

Дивлячись за межі винограду, дослідники зараз розробляють більш надійні матеріали, які могли б використати унікальні властивості води, наближаючи нас до більш ефективних зондувальних пристроїв.