प्रिंसटन शोधकर्ताओं ने उलझे हुए नाइट्रोजन-रिक्ति केंद्रों से 40 गुना अधिक संवेदनशील क्वांटम सेंसर विकसित किया
द्वारा संपादित: Vera Mo
प्रिंसटन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने प्रयोगशाला में उगाए गए हीरे के भीतर एक नवीन क्वांटम सेंसर का अनावरण किया है, जिसने नैनोस्केल पर चुंबकीय घटनाओं के निरीक्षण की क्षमता में उल्लेखनीय वृद्धि की है। यह सफलता, जिसका विवरण 26 नवंबर, 2025 को नेचर पत्रिका में प्रकाशित हुआ, पिछली माप तकनीकों की तुलना में लगभग 40 गुना अधिक संवेदनशीलता दर्ज करती है, जिससे संघनित पदार्थ भौतिकी में एक नया क्षेत्र खुलता है।
इस उन्नत संवेदन क्षमता का श्रेय नाइट्रोजन-रिक्ति (एनवी) केंद्रों के उपयोग को जाता है, जो इंजीनियर किए गए दोष हैं। शोधकर्ताओं ने विशेष रूप से लगभग 10 नैनोमीटर की दूरी पर अत्यधिक निकटता में दो केंद्रों को प्रत्यारोपित करके क्वांटम उलझाव को सक्षम किया। यह तुल्यकालिक क्वांटम संपर्क सेंसर को स्वाभाविक रूप से शोरगुल वाले चुंबकीय उतार-चढ़ाव के भीतर संकेतों को प्रभावी ढंग से त्रिकोणीय बनाने और अलग करने की अनुमति देता है, जो पहले पर्याप्त सटीकता के साथ प्राप्त करना कठिन था।
इस महत्वपूर्ण विकास की नींव लगभग पांच वर्षों की अवधि में रखी गई थी, जिसकी शुरुआत कोविड-19 महामारी के दौरान सैद्धांतिक अन्वेषणों से हुई थी। इस सैद्धांतिक ढांचे को शुरू करने वाले जेरेड रोवनी थे, जो अब क्वांटम कंप्यूटिंग स्टार्टअप लॉगिक्लाल में भौतिक विज्ञानी हैं, और अध्ययन की प्रमुख लेखिका डॉ. नताली डी लियोन हैं, जो प्रिंसटन में इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग की एसोसिएट प्रोफेसर हैं। डी लियोन, जो प्रिंसटन क्वांटम इनिशिएटिव की सह-निदेशक भी हैं, का शोध ठोस-अवस्था दोषों और सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट्स के लिए नई सामग्री प्रणालियों के साथ क्वांटम हार्डवेयर के निर्माण पर केंद्रित है। रोवनी, जिन्होंने 2020 में डी लियोन के साथ काम करना शुरू किया था, ने परमाणु चुंबकीय अनुनाद (एनएमआर) में पृष्ठभूमि रखी थी, जहां परस्पर क्रिया करने वाले कण और उनके सहसंबंध प्रमुख थे।
शोधकर्ताओं ने करीब 10 एनएम की लंबाई के पैमाने के लिए, दो एनवी केंद्रों के बीच द्विध्रुव-द्विध्रुव युग्मन के माध्यम से अधिकतम उलझे हुए बेल राज्यों का निर्माण किया। इन उलझे हुए राज्यों का उपयोग चुंबकीय क्षेत्र सहसंबंध को सीधे पढ़ने के लिए किया गया, बजाय इसके कि गैर-उलझे हुए एनवी केंद्रों के स्वतंत्र मापों से इसका पुनर्निर्माण किया जाए। इस उलझाव-संवर्धित संवेदन प्रोटोकॉल ने माप की संवेदनशीलता का स्केलिंग शोर पढ़ने से द्विघात से रैखिक में बदल दिया, जिससे सेंसर की क्षमताओं में महत्वपूर्ण वृद्धि हुई। इन निकट-स्थानित, उलझे हुए एनवी केंद्रों का निर्माण नाइट्रोजन अणुओं को 30,000 फीट प्रति सेकंड से अधिक की गति से हीरे की सतह पर प्रक्षेपित करके प्राप्त किया गया था।
यह बढ़ी हुई क्षमता तुरंत उन सामग्रियों की जांच के लिए प्रासंगिक है जहां सब-ऑप्टिकल तरंग दैर्ध्य पैमाने पर चुंबकीय व्यवहार महत्वपूर्ण है, जैसे ग्राफीन और सुपरकंडक्टर्स। हार्वर्ड विश्वविद्यालय के प्रोफेसर फिलिप किम, जिनकी शोध कम-आयामी सामग्रियों की मेसोस्कोपिक जांच पर केंद्रित है, ने टिप्पणी की कि यह नई तकनीक वैज्ञानिकों को वास्तविक सामग्रियों की सीधे जांच करने की अनुमति देती है, जो जटिल क्वांटम व्यवहार को समझने के लिए एक महत्वपूर्ण कदम है। यह अनुसंधान राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन और गॉर्डन और बेट्टी मूर फाउंडेशन जैसी संस्थाओं से वित्त पोषण प्राप्त हुआ।
स्रोतों
Enerzine
Diamond defects, now in pairs, reveal hidden fluctuations in the quantum world
Revolutionary Diamond Sensor Unveils Hidden Magnetic Fluctuations with Entanglement
Diamond Quantum Sensors: Unveiling Hidden Magnetic Fluctuations with Entanglement
Nathalie de Leon - Electrical and Computer Engineering - Princeton University
Multi-qubit nanoscale sensing with entanglement as a resource - arXiv
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