麥考瑞大學(xué)的研究人員已經(jīng)展示了普通超市葡萄如何提高量子傳感器的性能，從而有可能帶來更高效的量子技術(shù)。

該研究于 20 年 2024 月 <> 日發(fā)表在《物理評論》上，表明成對的葡萄可以產(chǎn)生用于量子傳感應(yīng)用的微波的強(qiáng)局部磁場熱點(diǎn)——這一發(fā)現(xiàn)可能有助于開發(fā)更緊湊、更具成本效益的量子器件。

“雖然以前的研究著眼于導(dǎo)致等離子體效應(yīng)的電場，但我們表明葡萄對還可以增強(qiáng)磁場，這對于量子傳感應(yīng)用至關(guān)重要，”麥考瑞大學(xué)量子物理學(xué)博士生、主要作者 Ali Fawaz 說。

這項(xiàng)研究建立在病毒式社交媒體視頻的基礎(chǔ)上，該視頻顯示葡萄在微波爐中產(chǎn)生等離子體——發(fā)光的帶電粒子球。

雖然以前的研究側(cè)重于電場，但 Macquarie 團(tuán)隊(duì)研究了對量子應(yīng)用至關(guān)重要的磁場效應(yīng)。

該團(tuán)隊(duì)使用了含有氮空位中心的專用納米金剛石，氮空位中心是充當(dāng)量子傳感器的原子級缺陷。這些缺陷（賦予鉆石顏色的眾多缺陷之一）表現(xiàn)得像微小的磁鐵，可以探測磁場。

“純鉆石是無色的，但當(dāng)某些原子取代碳原子時(shí)，它們會形成具有光學(xué)特性的所謂'缺陷'中心，”該研究的合著者、麥考瑞大學(xué)量子技術(shù)講師 Sarath Raman Nair 博士說。

“我們在這項(xiàng)研究中使用的納米金剛石中的氮空位中心就像我們可以用于量子傳感的微小磁鐵。”

該團(tuán)隊(duì)將他們的量子傳感器（一種含有特殊原子的鉆石）放在一根細(xì)玻璃纖維的尖端，并將其放置在兩顆葡萄之間。通過通過光纖照射綠色激光，他們可以使這些原子發(fā)出紅色光。這種紅光的亮度揭示了葡萄周圍微波場的強(qiáng)度。

“使用這種技術(shù)，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)我們添加葡萄時(shí)，微波輻射的磁場強(qiáng)度增加了一倍，”Fawaz 說。

資深作者、麥考瑞數(shù)學(xué)與物理科學(xué)學(xué)院量子材料和應(yīng)用小組負(fù)責(zé)人 Thomas Volz 教授表示，這些發(fā)現(xiàn)為量子技術(shù)小型化開啟了令人興奮的可能性。

“這項(xiàng)研究為探索量子技術(shù)的替代微波諧振器設(shè)計(jì)開辟了另一條途徑，有可能帶來更緊湊、更高效的量子傳感設(shè)備，”他說。

事實(shí)證明，葡萄的大小和形狀對實(shí)驗(yàn)的成功至關(guān)重要。該團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)依賴于精確尺寸的葡萄（每顆約 27 毫米長），以大約正確的金剛石量子傳感器頻率集中微波能量。

量子傳感設(shè)備傳統(tǒng)上使用藍(lán)寶石來實(shí)現(xiàn)此目的。然而，麥格理團(tuán)隊(duì)推測，水可能會效果更好。這使得葡萄（主要是水）被包裹在薄皮中，非常適合測試他們的理論。

“水實(shí)際上比藍(lán)寶石更擅長集中微波能量，但它也不太穩(wěn)定，并且在此過程中會損失更多的能量。這是我們需要解決的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，“Fawaz 說。

除了葡萄之外，研究人員現(xiàn)在正在開發(fā)更可靠的材料，這些材料可以利用水的獨(dú)特特性，使我們更接近更高效的傳感設(shè)備。

更多信息：Ali Fawaz 等人，將金剛石中的氮空位中心旋轉(zhuǎn)與葡萄二聚體耦合，物理評論應(yīng)用（2024 年）。DOI： 10.1103/PhysRevApplied.22.064078

期刊信息： Physical Review Applied 

由麥考瑞大學(xué)提供