Precyzja cięcia diamentem: Uniwersytet Illinois opracuje czujniki diamentowe do eksperymentów neutronowych i nauki o informacji kwantowej

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

Strona główna > Naciśnij przycisk > Precyzja cięcia diamentem: Uniwersytet Illinois opracuje czujniki diamentowe do eksperymentów neutronowych i informatyki kwantowej

Wizja artystyczna ilustruje diamentowy czujnik wakatów azotu, który opracuje grupa Beck. Wewnętrzne linie siatki przedstawiają ścieżkę światła lasera w diamencie — przychodząca wiązka (grubsza czerwona linia) jest wielokrotnie odbijana w czujniku diamentu, aż napotka ścięty róg, w którym się pojawia (cieńsza czerwona linia). Zdjęcie: Yasmine Steele dla Illinois Physics CREDIT Grainger College of Engineering na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign

Abstrakcyjny:
Grupa fizyki jądrowej na Uniwersytecie Illinois Urbana-Champaign szuka dowodów na istnienie nowej fizyki w neutronach, elektrycznie obojętnych cząstkach, które utrzymują jądra atomowe razem za pomocą oddziaływania zwanego oddziaływaniem silnym. Wydział i badacze biorą udział w eksperymencie nEDM w Oak Ridge National Laboratory, który będzie mierzyć elektryczny moment dipolowy neutronu – właściwość umożliwiającą neutronom interakcję z polami elektrycznymi pomimo ich neutralności. Precyzyjny pomiar ograniczy teorie rozszerzające obecny standardowy model fizyki cząstek elementarnych. Aby to osiągnąć, badacze muszą dokładnie zmierzyć subtelne zmiany w bardzo silnych polach elektrycznych.

Precyzja szlifu diamentowego: Uniwersytet Illinois w celu opracowania czujników diamentowych do eksperymentów neutronowych i informatyki kwantowej

Urbana, Illinois | Opublikowano 14 kwietnia 2023 r

Profesor fizyki Douglas Beck otrzymał grant Departamentu Energii na opracowanie czujników opartych na diamencie wakancji azotu – materiale, którego właściwości kwantowe w niskich temperaturach czynią go niezwykle wrażliwym na pola elektryczne. Jego grupa badawcza wykazała, że materiał może mierzyć silne pola elektryczne, a nagroda umożliwi badaczom skonstruowanie czujników gotowych do użycia w eksperymencie nEDM. Ponadto właściwości kwantowe materiału czynią go obiecującym kandydatem do nauki o informacji kwantowej. Naukowcy zbadają również te potencjalne zastosowania.

Beck wyjaśnił, że chemicznie dodane zanieczyszczenia azotem, czyli NV, nadają diamentowi niezwykłą wrażliwość na pole elektryczne. „Te zanieczyszczenia to obszary z dodatkowym atomem azotu i dziurą [lub pustką] w miejscu, w którym normalnie znajdowałyby się atomy węgla” – powiedział. „Kiedy materiał zostaje schłodzony do temperatury mniejszej niż 20 stopni powyżej zera absolutnego, zanieczyszczenia tworzą układ kwantowy reagujący na pola elektryczne. Jest to dość niezwykła cecha, ponieważ niewiele systemów reaguje na pola elektryczne, a to sprawia, że diament NV jest wyjątkowy”.

Układ NV można uczynić jeszcze bardziej czułym, gdy zostanie przygotowany w określonym stanie kwantowym. Zamiast pozwalać, aby układ pozostawał w najniższym stanie energetycznym po jego schłodzeniu, badacze tworzą kwantową superpozycję najniższego i kolejnego najniższego stanu energetycznego, zwaną stanem ciemnym, nazwanym tak, ponieważ nie oddziałuje on ze światłem. „W pewnym sensie nazwa ma sugerować, że jest odporny na interakcje z otoczeniem” – powiedział Beck. „Ponieważ jest długowieczny, ma bardzo wyraźnie określoną energię, która bardzo dokładnie mówi nam, jak duże jest pole elektryczne”.

Grupa Becka wykazała, że zjawisko to umożliwia diamentowi NV pomiar silnych pól elektrycznych, a nagroda umożliwi badaczom opracowanie w oparciu o nie niezawodnych i solidnych czujników. Będzie to obejmować pakowanie czujników w jednostki, które można łatwo połączyć z laserami używanymi do ich sterowania i minimalizować wpływ szumu tła. Według Becka badają także technikę kwantową zwaną dynamicznym odsprzęganiem, która pozwoliłaby im skutecznie odwrócić skutki niedoskonałości eksperymentalnych. Dzięki temu i tak już precyzyjne pomiary pola elektrycznego stałyby się jeszcze dokładniejsze.

Kolejnym celem badań jest zbadanie propozycji wykorzystania diamentu NV w informatyce kwantowej. Długi czas życia stanu ciemnego i odporność na szum otoczenia sprawiają, że jest to obiecująca platforma do wykrywania kwantowego i pamięci kwantowej. Wiele takich zastosowań opiera się na umieszczaniu układów kwantowych w stanach ściśniętych, które charakteryzują się minimalną niepewnością dozwoloną przez zasadę Heisenberga. Pojawiło się kilka propozycji utworzenia stanów ściśniętych w diamencie NV, a grupa Becka zbada ich wykonalność.

Prace te będą wspierane kwotą 650,000 XNUMX dolarów na przestrzeni trzech lat w ramach inicjatywy Quantum Horizons w ramach programu Fizyki Jądrowej Departamentu Energii.

####

Aby uzyskać więcej informacji, kliknij tutaj

Łączność:
Kasandra Smith
Uniwersytet Illinois Grainger College of Engineering

Prawa autorskie © Uniwersytet Illinois Grainger College of Engineering

Jeśli masz komentarz, proszę Kontakt my.

Wydawcy komunikatów prasowych, a nie 7th Wave, Inc. lub Nanotechnology Now, ponoszą wyłączną odpowiedzialność za dokładność treści.

Zakładka: