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2022-07-11 12:42 |
麻省理工研發(fā)的量子傳感器可檢測任何頻率的電磁信號
憑借檢測磁場或電場中最微小變化的能力，量子傳感器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了材料科學(xué)和基礎(chǔ)物理學(xué)的精確測量。然而，這些傳感器的用途有限，因?yàn)樗鼈冎荒軌驒z測這些場的少數(shù)特定頻率�，F(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種方法，使這種傳感器能夠檢測任何任意的頻率，同時(shí)不損失其測量納米級特征的能力。 rP3HR 5
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研究生王國慶、核科學(xué)與工程和物理學(xué)教授Paola Cappellaro以及麻省理工學(xué)院和林肯實(shí)驗(yàn)室的其他四人在《Physical Review X》雜志上發(fā)表的一篇論文中描述了這種新方法。該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為這種新方法申請了專利保護(hù)。 %w*)7@,+-
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盡管量子傳感器可以有多種形式，但就其本質(zhì)而言，它們是一些粒子處于微妙平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，它們甚至?xí)艿剿鼈兯佑|的場的微小變化的影響。這些可以采取中性原子、被困離子和固態(tài)自旋的形式，而使用這種傳感器的研究已經(jīng)迅速增長。例如，物理學(xué)家用它們來研究奇異的物質(zhì)狀態(tài)，包括所謂的時(shí)間晶體和拓?fù)湎�，而其他科學(xué)家則用它們來描述實(shí)用設(shè)備，如實(shí)驗(yàn)性量子存儲器或計(jì)算設(shè)備。然而，許多其他感興趣的現(xiàn)象所跨越的頻率范圍比今天的量子傳感器所能檢測到的要寬得多。 4^tSg #!V{
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該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的新系統(tǒng)，他們稱之為量子混合器，使用一束微波向探測器注入第二個(gè)頻率。這將被研究的場的頻率轉(zhuǎn)換為不同的頻率--原始頻率和新增信號的頻率之差--該頻率被調(diào)整為探測器最敏感的特定頻率。這個(gè)簡單的過程使檢測器能夠?qū)θ魏嗡璧念l率進(jìn)行調(diào)整，而不會損失傳感器的納米級空間分辨率。 2Wz8E2.
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在他們的實(shí)驗(yàn)中，該團(tuán)隊(duì)使用了一個(gè)基于鉆石中氮空穴中心陣列的特定裝置，這是一個(gè)廣泛使用的量子傳感系統(tǒng)，并成功地展示了使用頻率為2.2千兆赫的量子比特探測器對頻率為150兆赫的信號的檢測--如果沒有量子復(fù)用器，這種檢測是不可能的。然后他們對這一過程做了詳細(xì)的分析，根據(jù)弗洛凱理論推導(dǎo)出一個(gè)理論框架，并在一系列實(shí)驗(yàn)中測試該理論的數(shù)值預(yù)測。 2J ZR"P
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