Forbedring af kvantesensorer ved at måle orienteringen af ​​sammenhængende spins inde i et diamantgitter

Forskere fra University of Tsukuba demonstrerede, hvordan ultrahurtig spektroskopi kan bruges til at forbedre den tidsmæssige opløsning af kvantesensorer. Ved at måle orienteringen af ​​sammenhængende spins inde i et diamantgitter viste de, at magnetiske felter kan måles selv over meget korte tider. Dette arbejde kan muliggøre fremskridt inden for feltet af målinger med ultrahøj nøjagtighed kendt som kvantemetrologi, såvel som "spintroniske" kvantecomputere, der opererer baseret på elektronspin.

Kvanteregistrering giver mulighed for ekstremt nøjagtig overvågning af temperatur, samt magnetiske og elektriske felter, med nanometeropløsning. Ved at observere, hvordan disse egenskaber påvirker energiniveauforskellene inden for et sansemolekyle, kan nye veje inden for nanoteknologi og kvanteberegning blive levedygtige. Imidlertid har tidsopløsningen af ​​konventionelle kvanteregistreringsmetoder tidligere været begrænset til området af mikrosekunder på grund af begrænsede luminescenslevetider. En ny tilgang er nødvendig for at hjælpe med at forfine kvantesansen.

Nu udviklede et team af forskere ledet af University of Tsukuba en ny metode til at implementere magnetfeltmålinger i et velkendt kvantesensorsystem. Nitrogen-vacancy-centre (NV) er specifikke defekter i diamanter, hvor to tilstødende kulstofatomer er blevet erstattet af et nitrogenatom og en ledig plads. Spin-tilstanden af ​​en ekstra elektron på dette sted kan aflæses eller kohærent manipuleres ved hjælp af lysimpulser.

"For eksempel kan den negativt ladede NV-spintilstand bruges som et kvantemagnetometer med et helt optisk udlæsningssystem, selv ved stuetemperatur," siger førsteforfatter Ryosuke Sakurai. Holdet brugte en "omvendt Cotton-Mouton" effekt til at teste deres metode. Den normale Cotton-Mouton-effekt opstår, når et tværgående magnetfelt skaber dobbeltbrydning, som kan ændre lineært polariseret lys til at have en elliptisk polarisering. I dette eksperiment gjorde forskerne det modsatte og brugte lys med forskellige polariseringer til at skabe små kontrollerede lokale magnetfelter.

"Med ikke-lineær opto-magnetisk kvantesansing vil det være muligt at måle lokale magnetfelter eller spinstrømme i avancerede materialer med høj rumlig og tidsmæssig opløsning," seniorforfatter Muneaki Hase og hans kollega Toshu An ved Japan Advanced Institute of Science og teknologi, siger. Holdet håber, at dette arbejde vil hjælpe med at aktivere kvantespintroniske computere, der er følsomme spin-tilstande, ikke kun elektrisk ladning som med nuværende computere. Forskningen, som vises i APL Photonics , kan også gøre det muligt for nye eksperimenter at observere dynamiske ændringer i magnetiske felter eller muligvis endda enkelte spins under realistiske enhedsdriftsforhold. + Udforsk yderligere

Nanoskalastrømme forbedrer forståelsen af ​​kvantefænomener