دقت برش الماس: دانشگاه ایلینوی برای توسعه حسگرهای الماسی برای آزمایش نوترون و علم اطلاعات کوانتومی

بازنشر افلاطون

دنبال: 0

صفحه اصلی > رسانه ها و مطبوعات > دقت برش الماس: دانشگاه ایلینویز حسگرهای الماسی را برای آزمایش نوترونی و علم اطلاعات کوانتومی توسعه می‌دهد.

رندر هنرمند حسگر الماس جای خالی نیتروژن را نشان می دهد که گروه Beck توسعه خواهد داد. خطوط شبکه داخلی نشان دهنده مسیر نور لیزر در داخل الماس است - پرتو ورودی (خط قرمز ضخیم تر) به طور مکرر در حسگر الماس منعکس می شود تا زمانی که با گوشه بریده شده ای که در آن ظاهر می شود (خط قرمز نازک تر) روبرو می شود. تصویر توسط Yasmine Steele برای Illinois Physics اعتبار کالج مهندسی Grainger در دانشگاه Illinois Urbana-Champaign

چکیده:
گروه فیزیک هسته ای در دانشگاه ایلینویز Urbana-Champaign به دنبال شواهدی از فیزیک جدید در نوترون ها هستند، ذرات خنثی الکتریکی که هسته های اتمی را با برهمکنشی به نام نیروی قوی نگه می دارند. اعضای هیئت علمی و محققان در آزمایش nEDM در آزمایشگاه ملی Oak Ridge شرکت می‌کنند که گشتاور دوقطبی الکتریکی نوترون را اندازه‌گیری می‌کند، خاصیتی که به نوترون‌ها اجازه می‌دهد با میدان‌های الکتریکی علیرغم خنثی بودنشان برهم‌کنش داشته باشند. یک اندازه‌گیری دقیق، نظریه‌های توسعه‌دهنده مدل استاندارد فعلی فیزیک ذرات را محدود می‌کند. برای دستیابی به این هدف، محققان باید تغییرات ظریف در میدان های الکتریکی بسیار قوی را به دقت اندازه گیری کنند.

دقت برش الماس: دانشگاه ایلینویز حسگرهای الماسی را برای آزمایش نوترونی و علوم اطلاعات کوانتومی توسعه می‌دهد.

Urbana، IL | ارسال شده در 14 آوریل 2023

به پروفسور فیزیک داگلاس بک کمک هزینه ای از وزارت انرژی برای توسعه حسگرهایی بر اساس الماس خالی نیتروژن، ماده ای که خواص کوانتومی آن در دماهای پایین آن را به طور غیرعادی به میدان های الکتریکی حساس می کند، اعطا کرده است. گروه تحقیقاتی او نشان داده است که این ماده می‌تواند میدان‌های الکتریکی قوی را اندازه‌گیری کند و این جایزه به محققان این امکان را می‌دهد تا حسگرهای آماده برای استفاده در آزمایش nEDM بسازند. علاوه بر این، خواص کوانتومی این ماده، آن را به نامزدی امیدوارکننده برای علم اطلاعات کوانتومی تبدیل کرده است. محققان همچنین این کاربردهای بالقوه را بررسی خواهند کرد.

بک توضیح داد که ناخالصی های خالی نیتروژن اضافه شده شیمیایی یا NV به الماس حساسیت میدان الکتریکی غیرعادی می دهد. او گفت: «این ناخالصی‌ها مناطقی هستند با یک اتم نیتروژن اضافی و یک حفره [یا جای خالی] که معمولاً اتم‌های کربن در آن قرار دارند. زمانی که ماده تا دمای کمتر از 20 درجه بالای صفر مطلق سرد می شود، ناخالصی ها یک سیستم کوانتومی را تشکیل می دهند که به میدان های الکتریکی پاسخ می دهد. این یک ویژگی کاملاً غیرمعمول است زیرا سیستم‌های زیادی به میدان‌های الکتریکی پاسخ نمی‌دهند و این امر الماس NV را خاص می‌کند.

هنگامی که سیستم NV در یک حالت کوانتومی خاص آماده شود، می‌توان حساس‌تر شد. محققان به جای اینکه اجازه دهند سیستم پس از خنک شدن در پایین ترین حالت انرژی خود بماند، یک برهم نهی کوانتومی از پایین ترین و کمترین ترین حالت های انرژی به نام حالت تاریک را تشکیل می دهند که به این دلیل نامیده می شود که با نور برهمکنش نمی کند. بک گفت: «به یک معنا، این نام به این معنی است که از تعامل با محیط مصون است. "از آنجایی که عمر طولانی دارد، انرژی بسیار واضحی دارد که با دقت به ما می گوید که میدان الکتریکی چقدر بزرگ است."

گروه بک نشان داده است که این پدیده الماس NV را قادر می‌سازد تا میدان‌های الکتریکی قوی را اندازه‌گیری کند و این جایزه به محققان اجازه می‌دهد تا حسگرهای قابل اعتماد و قوی را بر اساس آن توسعه دهند. این شامل بسته‌بندی حسگرها در واحدهایی است که به آسانی با لیزرهای مورد استفاده برای کنترل آنها متصل می‌شوند و اثرات نویز پس‌زمینه را به حداقل می‌رسانند. به گفته بک، آن‌ها همچنین در حال بررسی یک تکنیک کوانتومی به نام جداسازی دینامیکی هستند که به آن‌ها اجازه می‌دهد تا به‌طور موثر اثرات نواقص تجربی را معکوس کنند. این باعث می شود اندازه گیری های میدان الکتریکی دقیق تر از قبل دقیق تر شود.

هدف دیگر این تحقیق بررسی پیشنهادهایی برای استفاده از الماس NV در علم اطلاعات کوانتومی است. طول عمر طولانی و انعطاف پذیری حالت تاریک در برابر نویزهای محیطی آن را به یک پلت فرم امیدوارکننده برای سنجش کوانتومی و حافظه کوانتومی تبدیل کرده است. بسیاری از این کاربردها به قرار دادن سیستم‌های کوانتومی در حالت‌های فشرده که حداقل عدم قطعیت مجاز توسط اصل هایزنبرگ را دارند، بستگی دارد. چندین پیشنهاد برای ایجاد حالت های فشرده در الماس NV ارائه شده است و گروه بک امکان سنجی آنها را بررسی خواهد کرد.

این کار با 650,000 دلار طی سه سال توسط طرح افق کوانتومی در برنامه فیزیک هسته ای وزارت انرژی حمایت می شود.

####

برای اطلاعات بیشتر، لطفا کلیک کنید اینجا کلیک نمایید

تماس با ما:
کاساندرا اسمیت
کالج مهندسی دانشگاه ایلینویز گرینگر

حق چاپ © کالج مهندسی گرینگر دانشگاه ایلینوی

اگر نظری دارید بفرمایید تماس با ما ما.

مسئولیت صحت محتوا به عهده صادرکنندگان انتشارات خبری است، نه موج هفتم، شرکت یا نانوتکنولوژی اکنون.

نشانک: