Рейтинг@Mail.ru
Физики из России создали самый чувствительный металлоискатель в мире - РИА Новости, 04.10.2018
Регистрация пройдена успешно!
Пожалуйста, перейдите по ссылке из письма, отправленного на
Супертег Наука 2021январь
Наука

Физики из России создали самый чувствительный металлоискатель в мире

© пресс-служба МФТИ/@Lion_on_heliumТак художник представил себе кубитный магнитометр и его возможные применения
Так художник представил себе кубитный магнитометр и его возможные применения
Читать ria.ru в
Дзен

МОСКВА, 4 окт – РИА Новости. Российские ученые и их зарубежные коллеги превратили одиночные кубиты, элементарные ячейки квантового компьютера, в самый чувствительный датчик магнитных полей на Земле. Их выводы были представлены в журнале npj Quantum Information.

Сверхпроводящий дипольный магнит коллайдера ТеватронСхема ячейки памяти на базе джозефсоновского переходаСхема ячейки памяти на базе джозефсоновского перехода
Физики из МФТИ и МГУ ускорили сверхпроводящую память в сотни раз
"Когда изучаешь природу, всегда имеешь так или иначе дело с электромагнитными сигналами, будь то человеческий мозг или вспышка сверхновой. Поэтому измерять магнитные поля приходится в самых разных областях, и хотелось бы делать это как можно точнее", — рассказывает Андрей Лебедев из Московского Физтеха в Долгопрудном, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Предел точности

Датчики магнитных полей сегодня используются практически повсеместно – их можно встретить в виде рамок металлоискателей в аэропортах и метро, в качестве "сердца" томографов, кардиографов и множества других медицинских приборов, а также внутри различных электронных гаджетов и промышленных агрегатов.

За последние годы физики создали десятки сверхчувствительных датчиков магнитных полей, так называемых "сквидов" (SQUID), работающих на основе квантовых эффектов в так называемых переходах Джозефсона — "сэндвичах" из двух кусочков сверхпроводника и диэлектрика, чье существования было предсказано в 1960-х годах британским физиком Брайаном Джозефсоном. 

В зависимости от силы магнитного поля, окружающего такой "бутерброд", электроны могут "перепрыгивать" из одного слоя сверхпроводника в другой, проходя сквозь диэлектрик. Данный эффект ученые применяют не только для создания детекторов магнитных полей, а также экспериментальных вычислительных устройств и запоминающих устройств, в том числе и памяти для будущих квантовых компьютеров.

Двумерный магнитный материал, созданный российскими физиками
Физики из России создали абсолютно плоский магнит из кремния

Эти приборы, как пишут Лебедев и его коллеги, имеют один общий недостаток, не позволяющий им проводить сверхточные измерения, приближающиеся к пределам, налагаемым принципом неопределенности Гейзенберга и прочими законами квантового мира.

Дело в том, что ключевая часть всех "сквидов" — ток, проходящий через диэлектрик — имеет классическую, а не квантовую природу, что налагает большие ограничения на общую точность измерений. Российские физики и их зарубежные коллеги обошли эту проблему, заменив переход Джозефсона на другой квантовый объект, искусственный атом.

Квантовый скачок

Он представляет собой набор из нескольких миниатюрных алюминиевых и кремниевых пленок, соединенных друг с другом таким образом, что при охлаждении до сверхнизких температур они начинают вести себя подобно одиночному атому и его "облаку" электронов.

Подобные структуры, как отмечают ученые, сегодня используются в качестве базы для так называемых трансмонов – сверхпроводящих ячеек памяти квантового компьютера, информация в которых хранится в виде уровней энергии искусственного атома. Ее можно считать или записать в подобный кубит, "обстреляв" его пучками микроволн.

Так художник представил себе квантовую шаровую молнию
Физики создали и сфотографировали квантовую "шаровую молнию"

Лебедев и его коллеги заметили, что эффективность записи данных в трансмон очень сильно зависит от того, насколько сильным было магнитное поле в его окрестностях в момент облучения микроволнами. Так как все эти процессы носят квантовый характер, подобное наблюдение заставило ученых задуматься о том, нельзя ли приспособить искусственные атомы для замеров магнитных полей. 

Для реализации этой идеи ученым пришлось дополнительно создать систему машинного обучения. Она анализировала сигнал и автоматически повышала точность замеров магнитного поля до максимально возможной, меняя то, как часто микроволновые излучатели "обстреливали" кубит. 

Безмагнитная камера в стенах Российского квантового центраБезмагнитная камера в стенах Российского квантового центра
Российские физики измерили магнитное поле, вырабатываемое сердцем

Как отмечают ученые, их "металлоискатель" уже сейчас превосходит уже существующие датчики на базе сквидов, однако в будущем ее чувствительность можно будет увеличить на порядок и вплотную приблизиться к квантовому пределу.

С другой стороны, для коммерческого использования этой технологии команде Лебедева придется задуматься о том, как ее можно заставить работать при более высоких температурах, совместимых с азотным или гелиевым охлаждением.

 
 
 
Лента новостей
0
Сначала новыеСначала старые
loader
Чтобы участвовать в дискуссии,
авторизуйтесь или зарегистрируйтесь
loader
Обсуждения
Заголовок открываемого материала