Kvant sensorları üçün materiallara gəldikdə, almaz şəhərdəki ən yaxşı oyundur, Cornell Universitetinin professoru Gregory Fuchs deyir. İndi o və bir qrup elm adamı mikroskopik titrəyişlərə məruz qalan almazın incə təsvirlərini yaradaraq almaz oyununu yüksəltdilər.

ABŞ Enerji Departamentinin (DOE) Arqon Milli Laboratoriyasının, Kornel və Purdue Universitetinin tədqiqatçılarından ibarət komanda kvant informasiya elmində ikiqat irəliləyiş əldə etdi .

Əvvəlcə almazı səs dalğaları ilə vuraraq , almazın titrəyişlərinin rentgen şəkillərini çəkdilər və dalğa tezliyindən asılı olaraq atomların nə qədər sıxıldığını və ya genişləndiyini ölçdülər.

İkincisi, onlar bu atom gərginliyini başqa bir atom xüsusiyyəti, spin – bütün atom maddələrinin xüsusi xüsusiyyəti ilə əlaqələndirdilər və ikisi arasında riyazi əlaqəni təyin etdilər.

Tapıntılar bugünkü imkanlarımızdan əhəmiyyətli dərəcədə daha dəqiq ölçmələr etmək üçün atomların xüsusi xüsusiyyətlərindən istifadə edən kvant tədqiqi üçün açardır. Kvant sensorlarının yaxın onilliklərdə tibb, naviqasiya və kosmologiyada geniş istifadə olunacağı gözlənilir.

Silkələyin və fırladın

Alimlər kvant məlumatlarını kodlaşdırmaq üçün spindən istifadə edirlər. Spin almazdakı gərginliyə necə cavab verdiyini müəyyən edərək, komanda onu necə manipulyasiya etmək barədə təlimat təqdim etdi: Almaza bu şəkildə mikroşəyk verin və spin bu qədər dəyişir. Almazı belə silkələyin və fırlanma o qədər dəyişir.

Physical Review Applied jurnalında dərc olunan tədqiqat ilk dəfədir ki, hər kəs gigahertz tezliklərində (saniyədə milyardlarla puls) almazdakı korrelyasiyanı birbaşa ölçdü.

Bu, həm də geniş çeşidli materiallarda atom gərginliyi və əlaqəli spini dəqiq bir şəkildə əlaqələndirmək üçün kvant elmi cəmiyyətində daha böyük səylərin bir hissəsidir. Məsələn, Argonne və Çikaqo Universitetinin tədqiqatçıları daha əvvəl tədqiqatçıların kvant tətbiqləri üçün hazırladıqları başqa bir ulduz materialı olan silisium karbidində spin-deformasiya korrelyasiyasını ölçmüşdülər.

Qrupun tədqiqatı qismən Argonnenin rəhbərlik etdiyi DOE Milli Kvant İnformasiya Elmi Tədqiqat Mərkəzi olan Q-NEXT tərəfindən dəstəklənir.

Kornell Tətbiqi və Mühəndislik Fizika Məktəbinin professoru və Q-NEXT-də əməkdaşlıq edən Fuchs, “Biz tənliyin iki tərəfini – spin tərəfini və gərginlik tərəfini birləşdiririk və almazda baş verənləri birbaşa müqayisə edirik” dedi. . “Hər ikisini birbaşa çəkiclə vurmaq çox məmnun idi.”

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=1857921027&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1723058441&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-08-ray-imagery-vibrating-diamond-avenues.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTAuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI3LjAuNjUzMy45OSIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJOb3QpQTtCcmFuZCIsIjk5LjAuMC4wIl0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTI3LjAuNjUzMy45OSJdLFsiQ2hyb21pdW0iLCIxMjcuMC42NTMzLjk5Il1dLDBd&dt=1723057886480&bpp=2&bdt=413&idt=544&shv=r20240801&mjsv=m202408010101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D8bcf1a0eb299db4a%3AT%3D1722782765%3ART%3D1723058287%3AS%3DALNI_MYcaYdsjTF9D4M7ctgnS3cs0qc0zw&eo_id_str=ID%3Df29dc86762273866%3AT%3D1722782765%3ART%3D1723058287%3AS%3DAA-AfjZCrNPyHdvWDe1YYImBU52o&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=5127794533070&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=900&u_w=1440&u_ah=860&u_aw=1440&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=347&ady=2546&biw=1423&bih=739&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759875%2C44759926%2C44759837%2C44798934%2C95331832%2C95334529%2C95334830%2C95337870%2C31085851%2C95339225%2C95336266%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&pvsid=4012167503320479&tmod=538320700&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1440%2C0%2C0%2C0%2C1440%2C739&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=0&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV80IiwxXQ..&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=M

Spin-deformasiya tənliyinin həlli

Tənliyin iki tərəfi bir-birindən yüzlərlə mil məsafədə vuruldu.

Nyu Yorkdakı Kornell Universitetinin alimləri spin ölçmələri üçün Cornell və Purdue tədqiqatçıları tərəfindən hazırlanmış unikal cihazdan istifadə edərək almazdan keçən səs dalğalarına spinin necə reaksiya verdiyini ölçdülər.

Gərginliyin ölçülməsi üçün Cornell aspirantı və məqalə müəllifi Entoni D’Addario DOE Office of Science istifadəçi obyekti olan Qabaqcıl Foton Mənbəsindən (APS) istifadə etmək üçün İllinoys ştatındakı Arqonnaya 700 mil sürdü. 1 kilometr çevrə olan maşın tədqiqatçılara materialın atom və molekulyar səviyyədə necə davrandığını görməyə imkan verən rentgen şüaları yaradır.

Kvant texnologiyaları üçün digər materiallarda gərginliyin təsvirlərini yaratdıqdan sonra, indi almaz üçün də eyni şeyi edəcəkdi. Komanda, almazın atomlarının irəli-geri titrəyərkən strob işığına bənzər şəkillərini çəkmək üçün APS və Argonne’nin Nanoölçülü Materiallar Mərkəzi, eyni zamanda DOE of Science istifadəçi obyekti tərəfindən birgə idarə olunan rentgen şüasından istifadə etdi.

Onlar almazdakı xüsusi bir sahəyə diqqət yetirdilər: atom ölçüsündə bir çuxur və qonşu azot atomundan ibarət olan azot boşluğu (NV) mərkəzi adlanan bir nizamsızlıq. Alimlər kvant sensorları üçün əsas kimi NV mərkəzlərindən istifadə edirlər.

APS-nin yüksək keyfiyyətli təsvirləri komandaya almazın NV mərkəzləri yaxınlığında atomların hərəkətini 1000-də bir hissəyə qədər ölçməyə imkan verdi.

“Purdue və Cornell-də hazırlanmış bu gözəl akustik rezonatorlar tərəfindən modulyasiya edildiyi üçün NV mərkəzinin yaxınlığında gərginliyə birmənalı baxmaq və ya kəmiyyətini təyin etmək üçün APS-dən istifadə edə bilmək – bu, NV mərkəzlərinin yaxınlığında hekayəni yerli olaraq əldə etməyə imkan verir” dedi Arqon. alim və Q-NEXT əməkdaşı Martin Holt, həm də kağızın müəllifidir.

“Bu, həmişə sərt rentgen şüalarının gözəlliyi olub: tamamilə mürəkkəb sistemlərə baxmaq və içəridə olanlar haqqında kəmiyyət cavabları ala bilmək.”

Əlində həm spin, həm də gərginlik ölçmələri ilə Fuchs və komandası ikisini nəzəriyyə ilə razılaşan bir tənlikdə əlaqələndirdilər.

D’Addario, “Ən həyəcan verici hissə təhlil etmək idi. Biz spin və gərginliklə əlaqəli yeni bir nömrə tapdıq və nəticədə bəzi nəzəriyyə və əvvəlki ölçmələrlə razılaşdıq” dedi.

Akustik mühəndislik

Spin bir neçə yolla manipulyasiya edilə bilər. Ən məşhuru elektromaqnit dalğalarından istifadə etməkdir . Akustik dalğaların istifadəsi daha az yaygındır.

Amma üstünlükləri var. Birincisi, akustik dalğalar fırlanmanı elektromaqnit sahələri ilə əldə edilə bilməyəcək şəkildə manipulyasiya etmək üçün istifadə edilə bilər.

Digər tərəfdən, akustik dalğalar spində kodlanmış kvant məlumatını qoruya bilər . Kvant məlumatı kövrəkdir və ətraf mühit tərəfindən pozulduqda dağılır, bu proses dekoherens adlanır. Kvant tədqiqatının məqsədlərindən biri məlumatın uğurla işlənməsi üçün kifayət qədər uzun müddət ərzində dekoherensiyanın qarşısını almaqdır.

“Sistemə səs əlavə etməyin onu daha yaxşı hala gətirməsi bir az əks-intuitivdir, lakin bu, bir az söhbəti eşitməmək üçün ağ səs-küy generatorunu işə salmağa bənzəyir” dedi Holt. “Kvant bitini dekoherensdən qorumaq üçün akustik dalğalardan istifadə edə bilərsiniz. Siz sistemin həssas olduğunu digər səs proseslərindən qoruyacaq şəkildə dəyişdirirsiniz.”

Miniatürləşdirmənin də üstünlüyü var. 1 gigahertz elektromaqnit dalğası təxminən bir fut uzunluğunda olduğu halda, gigahertzlik bir akustik dalğa kiçikdir, insan saçının eni qədərdir. Bu kiçik dalğa uzunluğu elm adamlarına bir neçə oxşar cihazı kiçik bir quraşdırmada yerləşdirməyə imkan verir və hələ də onların siqnallarının bir-birini kəsməməsini təmin edir.

“Qonşu cihazlar arasında çox müzakirə və ya müdaxilə olmamasını istəyirsinizsə, o zaman çox məhdud ola bilən akustik dalğa cihazlarından istifadə edə bilərsiniz” dedi Fuchs.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=2053027255&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1723058473&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-08-ray-imagery-vibrating-diamond-avenues.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTAuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI3LjAuNjUzMy45OSIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJOb3QpQTtCcmFuZCIsIjk5LjAuMC4wIl0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTI3LjAuNjUzMy45OSJdLFsiQ2hyb21pdW0iLCIxMjcuMC42NTMzLjk5Il1dLDBd&dt=1723057886482&bpp=1&bdt=415&idt=559&shv=r20240801&mjsv=m202408010101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D8bcf1a0eb299db4a%3AT%3D1722782765%3ART%3D1723058287%3AS%3DALNI_MYcaYdsjTF9D4M7ctgnS3cs0qc0zw&eo_id_str=ID%3Df29dc86762273866%3AT%3D1722782765%3ART%3D1723058287%3AS%3DAA-AfjZCrNPyHdvWDe1YYImBU52o&prev_fmts=0x0%2C540x135&nras=1&correlator=5127794533070&frm=20&pv=1&tl=az&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=900&u_w=1440&u_ah=860&u_aw=1440&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=347&ady=5470&biw=1423&bih=739&scr_x=0&scr_y=2561&eid=44759875%2C44759926%2C44759837%2C44798934%2C95331832%2C95334529%2C95334830%2C95337870%2C31085851%2C95339225%2C95336266%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&pvsid=4012167503320479&tmod=538320700&uas=3&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1440%2C0%2C1440%2C860%2C1440%2C739&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV80IiwxXQ..&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=2&fsb=1&dtd=M

Bu üstünlükləri almazla birləşdirmək üstün kvant sensoru yaradır. Kvant məlumatı üçün ev sahibi kimi almaz uzun məlumat ömrünü təmin edir, otaq temperaturunda işləyə bilir və etibarlı ölçmələr təmin edir.

“Mən deyərdim ki, insanların çoxu mənimlə razılaşacaq ki, kvant sensorları üçün almaz kraldır” dedi Fuks.

İntizamlar arası əməkdaşlıq səyin açarı idi.

Holt, “Bu sistemlərin mürəkkəbliyi və həssaslığı səbəbindən kvant hadisələrini hərəkət etdirə bilən çoxlu müxtəlif şeylər var” dedi.

“Ayrı-ayrı parçalara cavabı diqqətlə əsaslandıra bilmək korrelyasiya tələb edir. Bu, çoxşaxəli sualdır və bu, Q-NEXT-in cavab vermək üçün çox uyğun olduğu bir şeydir. Q-NEXT-in kvant üçün əməliyyat mühitinin yaradılması baxımından investisiyası bu obyektlərdə sistemlər həqiqətən öz bəhrəsini verir”.

Daha çox məlumat: Anthony D’Addario et al, Azot-vakansiya mərkəzlərinin kvant nəzarəti üçün almaz nazik film toplu akustik rezonatorlarda dinamik gərginliyin Stroboscopic rentgen difraksiya mikroskopiyası, Fiziki İcmal Tətbiqi (2024). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.22.024016

Jurnal məlumatı: Fiziki İcmal Tətbiq edilmişdir 

Argonne Milli Laboratoriyası tərəfindən təmin edilmişdir