Quantum computing har applikationer inden for magnetisk billeddannelse

Quantum computing - betragtes som kraftcenter for beregningsopgaver - kan have applikationer i områder uden for ren elektronik, ifølge en forsker fra University of Pittsburgh og hans samarbejdspartnere.

Arbejder på grænsefladen mellem kvantemåling og nanoteknologi, Gurudev Dutt, adjunkt i Pitts Institut for Fysik og Astronomi på Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences, og hans kolleger rapporterer deres resultater i et papir, der blev offentliggjort 18. december i Naturnanoteknologi . Papiret dokumenterer vigtige fremskridt i retning af at realisere et nanoskala magnetisk billedbehandler, der omfatter enkelte elektroner indkapslet i en diamantkrystal.

"Tænk på dette som en typisk medicinsk procedure - en Magnetic Resonance Imaging (MRI) - men på enkelte molekyler eller grupper af molekyler inde i celler i stedet for hele kroppen. Traditionelle MR -teknikker fungerer ikke godt med så små mængder, så et instrument skal bygges til at rumme sådanne højpræcisionsarbejde, "siger Dutt.

Imidlertid, opstod en betydelig udfordring for forskere, der arbejdede med problemet med at bygge et sådant instrument:Hvordan måler man et magnetfelt nøjagtigt ved hjælp af resonansen af ​​de enkelte elektroner i diamantkrystallen? Resonans defineres som et objekts tendens til at svinge med højere energi ved en bestemt frekvens, og forekommer naturligt rundt omkring os:f.eks. med musikinstrumenter, børn på gynger, og pendulure. Dutt siger, at resonanser er særligt kraftfulde, fordi de tillader fysikere at foretage følsomme målinger af mængder som kraft, masse, og elektriske og magnetiske felter. "Men de begrænser også det maksimale felt, man kan måle nøjagtigt."

Ved magnetisk billeddannelse, dette betyder, at fysikere kun kan detektere et snævert feltområde fra molekyler nær sensorens resonansfrekvens, gør billedprocessen vanskeligere.

"Det kan lade sig gøre, "siger Dutt, "men det kræver meget sofistikeret billedbehandling og andre teknikker at forstå, hvad man forestiller sig. I det væsentlige, man skal bruge software til at rette begrænsningerne ved hardware, og scanningerne tager længere tid og er sværere at fortolke. "

Dutt - arbejder med postdoktor Ummal Momeen og ph.d. -studerende Naufer Nusran (A &S'08 G), både i Pitts Institut for Fysik og Astronomi - har brugt kvanteberegningsmetoder til at omgå hardware -begrænsningen for at se hele magnetfeltet. Ved at udvide feltet, Pitt -forskerne har forbedret forholdet mellem maksimal påviselig feltstyrke og feltpræcision med en faktor 10 sammenlignet med den tidligere anvendte standardteknik. Dette bringer dem et skridt tættere på et fremtidigt nanoskala MRI -instrument, der kan studere molekylers egenskaber, materialer, og celler på en ikke -invasiv måde, vise, hvor atomer er placeret uden at ødelægge dem; nuværende metoder anvendt til denne form for undersøgelse ødelægger uundgåeligt prøverne.

"Dette ville have en umiddelbar indvirkning på vores forståelse af disse molekyler, materialer, eller levende celler og muligvis give os mulighed for at skabe bedre teknologier, "siger Dutt.

Dette er kun de første resultater, siger Dutt, og han forventer, at der vil blive foretaget yderligere forbedringer med yderligere forskning:"Vores arbejde viser, at kvanteberegningsmetoder rækker ud over rene elektroniske teknologier og kan løse problemer, der, tidligere, syntes at være grundlæggende vejspærringer for at gøre fremskridt med højpræcisionsmålinger. "