Звичайний виноград викликав «революцію» квантових технологій

Вчені з Університету Маккуорі відкрили новий спосіб підвищити продуктивність квантового датчика за допомогою звичайного винограду. Використовуючи вміст води та певний розмір винограду, вони створили гарячі точки сильного магнітного поля, які підвищують ефективність мікрохвильового квантового зондування.

Виноград у супермаркеті та квантові датчики

Дослідники з Університету Маккуорі виявили, що звичайний виноград із супермаркетів може підвищити продуктивність квантових датчиків, прокладаючи шлях до більш ефективних квантових технологій. Дослідження, опубліковане 20 грудня 2024 року в Physical Review Applied , показує, що пари винограду створюють гарячі точки концентрованого магнітного поля під впливом мікрохвиль. Ці гарячі точки є критично важливими для квантового зондування, прориву, який може призвести до створення менших і доступніших квантових пристроїв.

«У той час як у попередніх дослідженнях розглядалися електричні поля, які викликають ефект плазми, ми показали, що виноградні пари також можуть посилювати магнітні поля, які є вирішальними для додатків квантового зондування», — пояснює провідний автор Алі Фаваз, кандидат квантової фізики в Університеті Маккуорі.

Від вірусної плазми до квантових інновацій

Дослідження базується на вірусних відео в соціальних мережах, на яких показано, як виноград створює плазму — сяючі кулі з електрично заряджених частинок — у мікрохвильових печах. У той час як попередні дослідження були зосереджені на електричних полях, команда Macquarie вивчала ефекти магнітного поля, важливі для квантових застосувань. Команда використовувала спеціалізовані наноалмази, що містять центри азотних вакансій — дефекти атомного масштабу, які діють як квантові датчики. Ці дефекти (один із багатьох дефектів, що надають алмазам колір) поводяться як крихітні магніти та можуть виявляти магнітні поля.

«Чисті алмази безбарвні, але коли певні атоми замінюють атоми вуглецю, вони можуть утворювати так звані «дефектні» центри з оптичними властивостями», — каже співавтор дослідження д-р Сарат Раман Наїр, який є викладачем квантової технології в Університеті Маккуорі. «Центри азотних вакансій у наноалмазах, які ми використовували в цьому дослідженні, діють як крихітні магніти, які ми можемо використовувати для квантового зондування», — каже він.

Виноград як квантовий інструмент

Команда помістила свій квантовий датчик — алмаз, що містить спеціальні атоми — на кінчику тонкого скляного волокна та розмістила його між двома виноградинами. Просвічуючи зелене лазерне світло через волокно, вони могли змусити ці атоми світитися червоним. Яскравість цього червоного світіння виявила силу мікрохвильового поля навколо винограду.

«Використовуючи цю техніку, ми виявили, що магнітне поле мікрохвильового випромінювання стає вдвічі сильнішим, коли ми додаємо виноград», — каже Фаваз.

Наслідки для мініатюризації квантових технологій

Старший автор, професор Томас Волц, який очолює групу квантових матеріалів і застосувань у Школі математичних і фізичних наук Маккуорі, каже, що результати розкривають захоплюючі можливості для мініатюризації квантових технологій.

«Це дослідження відкриває ще один шлях для вивчення альтернативних конструкцій мікрохвильових резонаторів для квантових технологій, що потенційно призведе до більш компактних і ефективних квантових сенсорних пристроїв», — говорить він.

Чому виноград працює: роль води та розміру

Розмір і форма винограду виявилися вирішальними для успіху експерименту. Експерименти команди покладалися на виноград точного розміру — кожна довжиною приблизно 27 міліметрів — для концентрації мікрохвильової енергії приблизно на потрібній частоті алмазного квантового датчика. У квантових датчиках для цієї мети традиційно використовується сапфір. Однак команда Macquarie припустила, що вода може працювати навіть краще. Це зробило виноград, який здебільшого складається з води, укладеної в тонку шкірку, ідеальним для перевірки їхньої теорії.

«Насправді вода краще, ніж сапфір, концентрує мікрохвильову енергію, але вона також менш стабільна і втрачає більше енергії в процесі. Це наше головне завдання, яке ми маємо вирішити», — каже Фаваз.

Майбутні інновації, натхненні виноградом

Дивлячись не тільки на виноград, дослідники зараз розробляють більш надійні матеріали, які могли б використовувати унікальні властивості води, наближаючи нас до більш ефективних сенсорних пристроїв.