توسعه حسگری که سیگنال‌های الکترومغناطیسی را با هر فرکانسی تشخیص دهد

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، یک حسگر کوانتومی می‌تواند سیگنال‌های الکترومغناطیسی را با هر فرکانسی تشخیص دهد. محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) قابلیت‌های این آشکارساز‌های نانویی فوق حساس را با کاربرد‌های بالقوه برای محاسبات کوانتومی و زیست‌حسگری گسترش می‌دهند.

حسگر‌های کوانتومی که کوچک‌ترین تغییرات میدان‌های مغناطیسی یا الکتریکی را تشخیص می‌دهند، اندازه‌گیری‌های دقیقی را در علم مواد و فیزیک بنیادی ممکن کرده‌اند. اما این حسگر‌ها تنها قادر به تشخیص چند فرکانس خاص بوده که این موضوع کارایی آن‌ها را محدود می‌کند. به تازگی محققان روشی را توسعه داده‌اند که چنین حسگر‌هایی را قادر می‌سازد تا فرکانس‌های دلخواه را، بدون از دست دادن توانایی اندازه‌گیری ویژگی‌های مقیاس نانومتری، شناسایی کنند.

این تیم سیستم جدیدی ابداع کرده، که آن را میکسر کوانتومی می‌نامند. در این سیستم، فرکانس دوم با استفاده از پرتو امواج مایکروویو به آشکارساز تزریق می‌شود. این فرکانس میدان مورد مطالعه را به فرکانس متفاوتی تبدیل می‌کند – تفاوت بین فرکانس اصلی و سیگنال اضافه شده – که به فرکانس خاصی که آشکارساز به آن حساس است تنظیم می‌شود. این فرآیند ساده آشکارساز را قادر می‌سازد تا در هر فرکانس دلخواه، بدون از دست دادن وضوح فضایی در مقیاس نانو حسگر، به خانه وارد شود.

این تیم در آزمایش‌های خود، از یک دستگاه خاص مبتنی بر آرایه‌ای از مراکز خالی نیتروژن در الماس، یک سیستم حسگری کوانتومی پرکاربرد استفاده کردند و با موفقیت تشخیص سیگنالی با فرکانس ۱۵۰ مگاهرتز را با استفاده از آشکارساز کیوبیت با فرکانس۲٫۲ گیگاهرتز، نشان دادند، تشخیصی که بدون مالتی پلکسر کوانتومی غیرممکن است.

وانگ می‌گوید در حالی که آزمایش‌های آن‌ها از این سیستم خاص استفاده می‌کند، همین اصل را می‌توان برای هر نوع حسگر یا دستگاه کوانتومی نیز اعمال کرد. این سیستم مستقل خواهد بود و آشکارساز و منبع فرکانس دوم همه در یک دستگاه بسته بندی می‌شوند.

وانگ می‌گوید که از این سیستم می‌توان به‌عنوان مثال برای مشخص کردن جزئیات عملکرد آنتن مایکروویو استفاده کرد. او می‌گوید: «این فناوری می‌تواند توزیع میدان تولید شده توسط آنتن را با وضوح نانومقیاس مشخص کند، بنابراین از این جهت بسیار امیدوارکننده است.

راه‌های دیگری برای تغییر حساسیت فرکانس برخی از حسگر‌های کوانتومی وجود دارد، اما این روش‌ها نیازمند استفاده از دستگاه‌های بزرگ و میدان‌های مغناطیسی قوی هستند که جزئیات دقیق را محو می‌کنند و دستیابی به وضوح بسیار بالایی را که سیستم جدید ارائه می‌دهد غیرممکن می‌سازد. وانگ می‌گوید امروزه در چنین سیستم‌هایی، «شما باید از یک میدان مغناطیسی قوی برای تنظیم حسگر استفاده کنید، اما این میدان مغناطیسی به طور بالقوه می‌تواند خواص کوانتومی مواد را بشکند، که می‌تواند بر پدیده‌هایی که می‌خواهید اندازه‌گیری کنید تأثیر بگذارد.»