普渡大學(xué)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出含有自旋量子比特或自旋缺陷的一維氮化硼納米管(bnnt)，正在申請專利。與掃描探針磁場顯微鏡中使用的傳統(tǒng)金剛石探針相比，bnnt在高分辨率下檢測離軸磁場的靈敏度更高。

物理學(xué)、電子和計(jì)算機(jī)工程教授李同倉領(lǐng)導(dǎo)的一個團(tuán)隊(duì)開發(fā)了具有光學(xué)活性自旋量子比特的bnnt。他也是普渡大學(xué)量子科學(xué)與工程學(xué)院的教員。研究小組成員包括普渡大學(xué)的研究生Xingyu Gao, Sumukh Vaidya和Saakshi Dikshit，他們是發(fā)表在《自然通訊》雜志上的一篇論文的共同作者。

“BNNT自旋量子比特對探測離軸磁場比金剛石氮空位中心更敏感，金剛石氮空位中心主要對平行于其軸的磁場敏感，而不是垂直的磁場，”李說。“bnnt也比脆鉆尖端更具成本效益和彈性?！?/p>

BNNT的應(yīng)用包括測量磁場變化的量子傳感技術(shù)，并在原子水平上收集和分析數(shù)據(jù)。

“它們在半導(dǎo)體工業(yè)和納米級核磁共振成像中也有應(yīng)用，”高說。

測試和開發(fā)BNNT自旋量子位

該系統(tǒng)在一個定制的實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)上進(jìn)行了測試，包括激光器、探測器和用于控制納米管自旋量子位的量子態(tài)的信號發(fā)生器。

“這些BNNT自旋量子位對磁場敏感，并表現(xiàn)出光學(xué)檢測到的磁共振，”Vaidya說。“當(dāng)暴露在磁場中時，bnnt內(nèi)自旋量子比特的能級會發(fā)生變化，這可以用光來測量?！?/p>

在第一次演示中，bnnt的表現(xiàn)與金剛石尖端相當(dāng)。

迪克希特說:“由于氮化硼納米管在空間上比金剛石尖端小得多，我們希望能夠在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)量?！?/p>

李說，普渡大學(xué)的研究人員正在尋求提高BNNT自旋量子比特系統(tǒng)的空間分辨率和磁場靈敏度。這些改進(jìn)可以在原子尺度上實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)象的量子感知。

Vaidya說:“這將使對表面磁性的高分辨率掃描成為可能?！薄巴ㄟ^提高靈敏度，我們要么可以獲得更精確的信息，要么可以實(shí)現(xiàn)對外部磁場的更快讀出，這兩者都在量子科學(xué)、內(nèi)存存儲、醫(yī)療和半導(dǎo)體行業(yè)有應(yīng)用。”